W artykule zatytułowanym Obciążenia ZMIENNE mostów. Pasy umowne i modele oddziaływań szczegółowo opisywaliśmy, jakie obciążenia zmienne należy uwzględnić podczas projektowania mostów drogowych. Pojawiły się w nim wielkości nazwane współczynnikami dostosowawczymi. Są one bardzo ważne, ponieważ stanowią mnożniki modyfikujące wielkość obciążeń przyjmowanych do wymiarowania elementów mostowych. Dlatego ich dokładny opis zostawiliśmy sobie na osobny artykuł, który właśnie czytasz.

A więc, po co zwiększać lub zmniejszać obciążenia? Czy poprawnym jest modyfikowanie obciążeń zdefiniowanych w dokumencie prawnym jakim jest norma?

Eurokody – normy dla całej Europy

Unia Europejska - unifikacja norm
Unia Europejska – unifikacja norm

Po wstąpieniu do Unii Europejskiej, Polska jako kraj członkowski miała obowiązek wprowadzenia Norm Europejskich do projektowania konstrukcji budowlanych, zwanych Eurokodami. Z dniem 01 kwietnia 2010 r. dotychczasowe normy PN-B lub PN-S w Polsce przestały obowiązywać na rzecz nowo wprowadzonych norm europejskich. W ten sposób przepisy dotyczące projektowania obiektów budowlanych zostały ujednolicone na terytorium całej Unii Europejskiej. Pewne wartości i przypisy, mogące się różnić w poszczególnych krajach zostały ujęte w załącznikach krajowych do norm Europejskich. Różnice te mogą występować ze względu na odmienne warunki geograficzne, geologiczne, klimatyczne. Wynikać mogą również z różnego rodzaju innych wymagań formalnych dotyczących wznoszenia budowli charakterystycznych dla Państwa. W Eurokodach bardzo wyraźnie zaznaczono, które wielkości i przypisy można przyjmować z załączników krajowych. Jedną z tych wartości są współczynniki dostosowawcze. Występujące w ogólnoeuropejsko przyjętych modelach obciążeń stosowanych do obliczeń statycznych obiektów mostowych.

„Tuning” Eurokodów

Tak więc można powiedzieć, że Polska przyjęła reguły projektowania obiektów budowlanych zdefiniowane przez Unię Europejską. Możliwość, aby zmodyfikować je i dopasować do warunków panujących na terenie poszczególnych państw polegała na stworzeniu załączników krajowych. Każdy kraj europejski w załączniku krajowym zdefiniował więc własne przypisy, współczynniki modyfikując pewne wartości i założenia. W normie PN-EN 1991-2 do projektowania obiektów mostowych, parametry dostosowujące normę do realiów krajowych zostały wypisane w informacjach dodatkowych związanych z PN-EN 1991-2 na początku normy.

Co Państwo to inny ruch – współczynniki dostosowawcze

Jak możemy wyczytać w punkcie 4.2.2 Klasy obciążeń, normy PN-EN 1991-2:

1 – Rzeczywiste obciążenia mostów drogowych są wynikiem działania różnych kategorii pojazdów oraz pieszych.

2 – Ruch pojazdów na mostach może różnić się:

  • Składem (np. procentowym udziałem samochodów ciężarowych);
  • Natężeniem (np. średnią liczbą pojazdów w ciągu roku);
  • Warunkami (np. częstością zatorów), ekstremalnymi prawdopodobnymi ciężarami pojazdów i naciskami ich osi;
  • Wpływem znaków drogowych ograniczających ładowność.

Różnice te należy brać pod uwagę podczas stosowania modeli obciążeń dobierając współczynniki dostosowawcze α (dla modelu obciążenia LM1) w tym:

  • αQi – współczynnik dostosowawczy dla obciążeń skupionych od kół (układ tandemowy TS),
  • αqi – współczynnik dostosowawczy dla obciążeń równomiernie rozłożonych na pasach (układ UDL),
  • αqr – współczynnik dostosowawczy dla obciążeń równomiernie rozłożonych na obszarze pozostałym (układ UDL) i

β (dla modelu obciążenia LM2):

  • βQ – współczynnik dostosowawczy dla obciążeń skupionych od kół wraz z nadwyżką dynamiczną.

Z zapisu wynika zatem, że współczynniki dostosowawcze służą do tego, aby w modelach obciążeń zdefiniowanych w normie uwzględnić cechy i rodzaj ruchu charakterystyczne dla danego kraju -> miejscowości -> mostu. Jeśli projektowany most znajduje się w małej miejscowości, gdzie ruch samochodów ciężarowych jest ograniczony obciążenia w modelu LM1 i LM2 można zmniejszyć sterując współczynnikami dostosowawczymi i mnożąc przyjęte obciążenia razy wspomniane współczynniki. Jednak w przypadku projektowania obiektu mostowego, przez który odbywa się ciężki ruch (np. dojazd do obszarów silnie uprzemysłowionych) w dodatku o znacznej intensywności warto zapewne zwiększyć współczynniki dostosowawcze. Wszystko po to, aby obiekty budować efektywnie i optymalizować ilość materiałów wykorzystywanych do ich wykonania.

Załącznik krajowy do PN–EN 1991-2 – mamy pewien problem

Wszystko wygląda pięknie i klarownie. W poprzednim akapicie zostało wyjaśnione jaką funkcję pełnią załączniki dostosowawcze, jednak: „Houston, mamy problem!”. Tą przeszkodą jest brak polskiego załącznika krajowego do normy PN-EN 1991-2. Określiłby on wartości współczynników dostosowawczych dla Polski odpowiednio do rodzaju ruchu występującego w Polsce oraz klas dróg. Z tego faktu wynika konieczność stosowania współczynników dostosowawczych określonych w normie PN-EN 1991-2. Można również  szukać alternatywnych sposobów estymacji tych współczynników, mając w pełni na uwadze zapisy prawne Eurokodu i konsekwencje wynikające z ich niestosowania.

Współczynniki dostosowawcze – wartości w Polsce

Norma PN-EN 1991-2 zaleca dobieranie wartości współczynników w zależności od przewidywanego ruchu oraz od klasy drogi. Biorąc pod uwagę, że takiego rozróżnienia próżno szukać w załączniku krajowym, którego jak wiemy – nie ma, norma zaleca stosowanie wartości współczynników dostosowawczych α i β równej 1. Przyjęcie współczynników dostosowawczych równe 1,0 odpowiada ruchowi, w którym przewidywany jest ciężki przemysłowy ruch międzynarodowy ze znaczącym udziałem pojazdów ciężkich w całym ruchu.

Współczynnik α – minimalne wartości.

UWAGA 2, punktu 4.3.2 stanowi, że w przypadku bardziej typowych kompozycji ruchu (na autostradach lub drogach szybkiego ruchu) można zalecić umiarkowaną redukcję współczynników α (od 10% do 20%) stosowanych do układów tandemowych oraz obciążeń równomiernie rozłożonych na Pasie 1 w modelu LM1.

Tak więc oprócz wartości zalecanej α równej 1, na podstawie normy pewne są również wartości minimalne.

W mostach bez znaków drogowych ograniczających ciężar pojazdów, zalecane są następujące wartości minimalne:

  • αQ1 ≥ 0,8 – minimalny współczynnik dostosowawczy dla obciążeń skupionych od kół (układ tandemowy TS) na pasie 1,
  • αqi  ≥ 1,0 – dla i ≥ 2 – współczynnik dostosowawczy dla obciążeń równomiernie rozłożonych na pasach 2, 3, 4, itd (układ UDL).

Powyższych ograniczeń nie stosuje się jednak dla współczynnika obciążeń równomiernie rozłożonych na obszarze pozostałym αqr.

Współczynnik β – wartość jasno zdefiniowana.

Ze współczynnikiem dostosowawczym β stosowanym w modelu obciążenia LM2 sprawa jest nieco prostsza. Co najważniejsze, współczynnik β jest tylko jeden (βQ), ponieważ w modelu LM2 występują jedynie obciążenia skupione od kół. Po drugie, jeśli w załączniku krajowym wartości βQ nie zostały zdefiniowane rozróżniając jego wartość dla chociażby poszczególnych typów dróg (sytuacja w Polsce) to norma PN-EN 1991-2 zaleca w podpunkcie 4.3.3, aby jego wartość przyjmować zawsze równą αQ. Podsumowując βQ = αQ i kropka.

Jak to jest w innych krajach?

Z powyższych rozważań widać, że współczynniki dostosowawcze α (dla modelu obciążenia LM1) i β (dla modelu obciążenia LM2) powinny odpowiadać kategoriom ruchu. Przyjmowanie wartości α i β równej 1 jest nieco nieefektywne, gdyż w kraju realny ruch może być lżejszy i lepiej kontrolowany. Niestety nie posiadamy polskiego załącznika krajowego w tym zakresie. W pewnych krajach wartość współczynników dostosowawczych α i β w załącznikach krajowych zostały dość znacząco zwiększone. Poniższa tabela pokazuje, jakie wartości współczynników ustalono w załącznikach krajowych innych państw Unii Europejskiej.

Współczynniki dostosowawcze w krajach Unii Europejskiej
Współczynniki dostosowawcze w krajach Unii Europejskiej

Autorzy Eurokodu 1 wydali pod opieką Unii Europejskiej oficjalny przewodnik do projektowania mostów według Eurokodów. Znajdują się w nim osobne zalecenia odnośnie współczynników dostosowawczych.

Wszystkie współczynniki α = 1 dla klasy I – mosty w ciągu europejskiej sieci drogowej z międzynarodowym ruchem ciężkim (TEN/TINA).

Dla klasy II współczynniki α wynoszą:

  • αQ1 = 0,9;
  • αQi (i≥2) = 0,8;
  • αq1 = 0,7;
  • αqi (i≥2) = 1,0;
  • αqr = 1,0.

Klasa II to mosty w ciągu pozostałych dróg. Do klasy II należy zaliczyć również mosty, gdzie oczekiwany ruch samochodów ciężkich jest niewielki. Przyjęcie większych obciążeń dla tej klasy niż byłoby to konieczne jest dopuszczalne. Zwiększy to margines bezpieczeństwa oraz trwałość tych konstrukcji.

Kiedy Polskie współczynniki dostosowawcze?

Od wprowadzenia Eurokodów minęło już trochę czasu, w którym powstało wiele opracowań i prac naukowych, mających na celu zdefiniowanie odpowiednich dla Polski współczynników dostosowawczych. Prace te powinny stanowić podwaliny pod Polski załącznik krajowy do normy PN-EN 1991-2. W bardzo dobry sposób rozróżniają one wartości współczynnika względem klasy drogi lub nawet ilości dźwigarów mostowych w obiekcie. Jeśli chcecie, abyśmy napisali artykuł poświęcony najważniejszym pracom naukowym w zakresie współczynników dostosowawczych – dajcie znać w komentarzach.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię