Aplikace SBRA při posouzení mezního stavu použitelnosti haly v Elektrárně Počerady

REKAPITULACE VODOROVNÝCH ZATÍŽENÍ OD MOSTOVÝCH JEŘÁBŮ
Norma ČSN 73 0035 [4] rozeznávala následující vodorovná zatížení od mostových jeřábů:

• podélná brzdná síla od setrvačných sil při rozjíždění a brzdění jeřábu B
• příčná brzdná síla B_t od setrvačných sil při rozjíždění a brzdění jeřábové kočky (rozdílně stanovená pro volné či tuhé zavěšení břemene)
• příčná síla H_tp od příčení mostu a jiných nerovností (tato síla závisí na parametru l, stanoveného dle rozvoru a rozchodu kol jeřábu).
• síla na nárazník H_j

Tyto vodorovné síly se kombinovaly se svislými kolovými tlaky. Vodorovná síla H_tp od příčení mostu se koncentrovala do koncových kol mostu vždy na obou větvích jeřábové dráhy proti sobě (obr. 1).

Vodorovné síly dle [4] byly zpřesněním vodorovných sil dle normy předchozí ČSN 73 0035. Rozdíl byl v silách od příčení – v této předchozí normě byla celková síla H_tp „rozmazána“ do všech kol.

Současně platná norma ČSN EN 1991-3 [6] rozeznává následující vodorovné síly od mostových jeřábů:

• podélné síly H_L,i a příčné síly H_T,i způsobené zrychlením a zpomalením jeřábu
• vodorovná příčná H_S,i,j,T a podélná síla H_S,i,j,L způsobené příčením jeřábu (viz obr. 2).
• vodorovná příčná síla H_T,3 od zrychlení či zpomalení kočky
• síla na nárazník H_B,1.

Výpočet všech těchto sil (zejména sil od příčení) je poměrně komplikovaný, je třeba znát řadu údajů o geometrii jeřábu, konstrukci mostu a jeho pohonů apod.

Každá z těchto vodorovných sil se kombinuje s jinak stanovenými svislými kolovými tlaky – je nutno uvažovat několik skupin zatížení (pro svislé síly je vždy uvažován jiný dynamický součinitel). To vše vede k tomu, že výpočet jeřábové dráhy se oproti situaci v minulosti neobyčejně zkomplikoval.

REKAPITULACE POŽADAVKŮ PRO MEZNÍ STAV POUŽITELNOSTI PŘÍČNÉ VAZBY
Norma ČSN 73 1401 [3] omezovala příčnou deformaci vazby v úrovni vodorovného nosníku jeřábové dráhy hodnotou h/1 000 resp. h/1 500 podle uvažovaného prostorového působení sousedních vazeb. Pro zdvihové třídy jeřábů a,b byly přípustné hodnoty dvojnásobné. Uvažovala se deformace od vodorovných sil jednoho, nejvíce zatíženého jeřábu. Deformace od větru se s touto jeřábů nekombinovala.

Navazující ČSN 73 1401 [2] uváděla prakticky shodná ustanovení a shodné limity, navíc bylo možno mostový jeřáb uvažovat jako tuhý spojovací prvek (v případě příčení trochu protismyslně).

Nová, dnes platná norma ČSN EN 1993-6 [5] rozšířila počet kritérií. Nyní se posuzují následující kriteria (obr. 3):

• limitní hodnota pro vodorovný posun rámu v úrovni uložení jeřábové dráhy (H / 400, kriterium je značně benevolentnější)
• rozdíl mezi vodorovnými posuvy sousedních rámů v úrovni uložení jeřábové dráhy
• změna vzdálenosti mezi osami kolejnic (toto kritérium je při praktickém návrhu velmi obtížně splnitelné).

Na rozdíl od předchozích norem se posuzují deformace, stanovené kombinační rovnicí (1) dle ČSN EN 1990 [1] pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci.

γ_G,j . G_k,j + γ_Q,1 . Q_k,1 + Σγ_Q,i . ψ_Q,i . Q_k,I          (1)

Pro mezní stav použitelnosti zpravidla vycházíme z lineární analýzy konstrukce, takže potřebné hodnoty pro posouzení dle jednotlivých kriterií snadno vypočteme z jednotlivých zatěžovacích stavů. Zpravidla však dospějeme k potížím se splněním třetího kriteria změny vzdálenosti. Pro zpřesnění výsledku je možno použít zkombinování dílčích deformací s použitím metody SBRA, konkrétně programu ResCom z publikace [7].

PŘÍKLAD APLIKACE NA HALU SPALOVACÍ TURBÍNY ELEKTRÁRNY POČERADY
Na obr. 4 je vidět typický příčný řez haly spalovací turbíny Elektrárny Počerady. Příčný řez je výrazně nesymetrický, na obou stranách haly jsou konstrukce s výrazně rozdílnou tuhostí. Při návrhu konstrukce jsme měli značné potíže se splněním třetího deformačního kriteria (i se zvýšeným limitem po diskusi s výrobcem jeřábu) při posuzování konstrukce s uvažováním příčení. Na konstrukci byla uvažována zatížení stálá (deformace v úrovni jeřábové dráhy bezvýznamná, navíc je eliminována rektifikací dráhy), jeřáb (skupina zatížení 5 s příčením Δ_s = 22,30 mm), užitné (Δ_s = 10 mm) a vítr (Δ_s = 5,2 mm).

Při zkombinování deformací podle rovnice (1) dostaneme:

Δ_s = 22,3 + 0,7. 10 + 0,6. 5,2 = 32,4 mm,

– konstrukce kriteriu nevyhoví.

Při zkombinování stejných deformací programem ResCom s využitím knihovny histogramů výskytu zatížení dostaneme pro požadovanou pravděpodobnost 7.10–2 hodnotu stejné deformace 21,44 mm, která by byla z hlediska používání jeřábu akceptovatelná.

SOUHRN A ZÁVĚRY
SBRA metody lze použít pro zkombinovaní různých dílčích zatížení či jejich účinků. Můžeme tak dospět k nižším kombinačním hodnotám, než s použitím standardních kombinačních rovnic dle [1]. Podmínkou použití je ovšem získání důvěry ze strany projektantů v opodstatněnost a reálnost používané knihovny histogramů zatížení.

LITERATURA:
[1] ČSN EN 1990, Eurokód: Zásady navrhování, ČNI, 2004
[2] ČSN 73 1401, Navrhování ocelových konstrukcí, ČNI, 1998
[3] ČSN 73 1401, Navrhování ocelových konstrukcí, ÚNM, 1986
[4] ČSN 73 0035, Zatížení stavebních konstrukcí, ÚNM, 1986
[5] ČSN EN 1993-6, Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 6: Jeřábové dráhy, ČNI, 2008
[6] ČSN EN 1991-3, Eurokód 1: Zatížení konstrukcí- Část 3: Zatížení od jeřábů a strojního zařízení, ČNI, 2008
[7] Marek P., Brozzetti J., Guštar M., Tikalski P., Probabilistic Assessment of Structures, 2nd edition, ÚTAM AV ČR Praha 2003

SBRA Application for Assessment of Limiting Condition of Hall Usability in Power Plant Počerady
This paper deals with possibility to use SBRA method for obtaining more exact combination of the particular horizontal deformations in serviceability limit state. Use of it is shown on
an example of the power plant machinery house, where using Eurocode combination formula is too strict compared with relevant SBRA result.

Autor

• Ing. Háša Pavel