Sterkte en stabiliteit Puntconstructies (STKWp)

Transcriptie

1 Sterkte en stabiliteit Puntconstructies (STKWp) Arnaud Casteleijn RWS-WVL Pilot-cursus Kunstwerken 10 november 2016

2 Geen Eenvoudige Toets I.v.m. grote diversiteit in soorten, types en dimensies van kunstwerken is er geen eenvoudige toets

3 Gedetailleerde toets

4 Twee deelsporen 1. Sterkte constructieonderdelen Hoogwater gedreven Calamiteit (aanvaren) 2. Instabiliteit constructie en grondlichaam Falen door constructief bezwijken OF Falen waterkerende constructieonderdelen Falen door aanvaring Instabiliteit constructie & grondlichaam

5 Sterkte constructieonderdelen Toenemen belastingen (verval, golven) Bezwijken constructieonderdelen Primaire mechanisme Falen herstel Bodembescherming bezwijkt Stijgen waterstand achter kering Komberging vol Faalcriterium Ontgrondingskuilen Bezwijken kunstwerk Bresgroei Reststerkte mechanisme Falen waterkering

6 Voorbeeld keersluis

7 Formele betrouwbaarheidsfunctie Z = R - E R = sterkte: maximale vloeispanning, snedekracht, moment, rek, enz. welke een constructie(element) kan weerstaan. E(S,a) = belastingeffect ofwel de belasting S uitgedrukt in de eenheid van sterkte R a = dimensies van constructieonderdeel(en) S = belasting: G, P, Q G = eigen gewicht P = permanente belasting Q = variabele belasting

8 Semi-probabilistische ontwerpen (Eurocode, TGB) Starten vanuit de belasting: Bepaal S rep = γ w x (MHW-h bi ) Bepalen S d = γ s x S rep Bepaal belastingeffect E d o Moment o Keuze constructieonderdeel o E d = M E,d = 1 q l2 8 Sterktekant: Keuze profiel, stel IPE-180 o R rep = M R,rep = W x σ max o R d = M R,d = γ R x M R,rep Belastingeffect (E) Belasting (S) Sterkte (R) IPE-180 Unity check (UC) = E d R d = M E,d M R,d 1,0 q 0 γ w (MHW- h bi ) S ES d m R d R rep

9 Probabilistische Toetsen in WBI Z = f R, a S S = f H, h bi, h, H golf f R, a = een soort sterkte effect Ofwel de sterkte R wordt uitgedrukt in eenheid van belasting S a = dimensies van constructieonderdeel(en) Instrumentarium: S: belastingstatistiek is een gegeven in Ringtoets f R, a : Sterkte-effect statistiek = invoer Ringtoets Belastingeffect (E) Belasting (S) Bepalen faalkans P(R S) Sterkte-effect (f R, a ) Sterkte (R) 0 μ

10 Voor het gemak in de presentatie: Sterkte-effect = R Belasting (S) Sterkte-effect (R) 0 μ R

11 Ringtoets: schematiseren Constructie bezwijkt En/of P(R S) Constructieonderdeel 2 bezwijkt En/of En/of En/of Constructieonderdeel 1 bezwijkt Constructieonderdeel 3 bezwijkt M>M R V>V R N>N R Ringtoets heeft slechts één z-functie beschikbaar voor de hele constructie! Oplossing: we kiezen een constructieonderdeel welke (zeer) dominant is voor de faalkans.

12 Sterktetoets voor dominant constructieonderdeel Z = R S S =f H, h bi, h, H golf in [ kn m 2 ] R = sterkte-effect in [ kn m 2 ] Bepaal faalkans: P(S R) Belastingen op constructie Resulterende belasting op constructie Resulterende belasting dominant onderdeel

13 1 ste schematisatie-stap: keuze te beschouwen constructieonderdelen Constructieonderdeel Hoogwater zorgt voor substantiële aanvullende belasting ja Bij bezwijken element is sprake van instroming van water ja Gevolgen door instroming zijn substantieel ja Element wel beschouwen nee nee nee Element niet beschouwen

14 2 de schematisatie-stap: bepalen kansverdeling sterkte-effect R: μ R en V R Belasting (S) Sterkte-effect (R) 0 Op basis van veiligheidsfilosofie oude richtlijnen.. Methode 1: o.b.v. constructiegegevens Methode 2: o.b.v. bekend ontwerppeil μ R

15 Methode 1: o.b.v. constructiegegevens Belasting (S) Sterkte-effect (R) 1,64 s R 0 R rep μ R R rep = representatieve sterkte-effect o.b.v. o constructie afmetingen en o Sterkte gegevens uit de normen (VOBC, VBC, TGB,..) μ R = afgeleid van R rep σ R = standaardafwijking, afhankelijk van materiaalsoort

16 Methode 2: o.b.v. ontwerp-mhw of ontwerppeil Belasting (S) Sterkte-effect (R) 1,64 s R 0 γ w (MHW- h bi ) S S d m R rep μ R = R d μ R = afgeleid van S d σ R = standaardafwijking, afhankelijk van materiaalsoort

17 0,8 m Voorbeeld op basis van constructiegegevens h bi Deur heeft een breedte van 3 m Deur is verstijft met IPE-180 staalprofielen h.o.h. 0,8 m Verstijvers onderling gekoppeld om de 1 m Bouwjaar 1996, Conditie is goed Binnenwaterstand h bi =NAP+2,0m Geen golven Uitgangspunt: gekozen IPE-ligger is dominant voor de faalkans van de totale constructie!

18 0,8 m Gevraagd: sterkte-effect statistiek middels μ R (kn/m 2 ) en V R Sterkte IPE-ligger volgens TGB: Staal S235 representatieve waarde vloeispanning σ e = 235 N/mm2 Uitgedrukt in Moment: M max;rep = s e W x = 235 1, = 34,31 knm γ m = 1, V R = 0,07 Sterkte-effect R rep : q max;rep = 8 M l 2 = 8 34, = 30,5 kn/m R rep = q max;rep / 0,80 = 38,1 kn/m 2 μ R = R rep /(1-1,64V R ) = 38,1/(1-1,64 0,07) = 43,0 kn/m 2 Belasting (S) Sterkte-effect (R) 1,64 s R 0 R rep μ R 38,1 43,0

19 0,8 m Voorbeeld op basis van toenmalig ontwerp-mhw Gevraagd: sterkte-effect statistiek middels μ R (kn/m 2 ) en σ R (of V R ) Belasting uit oude ontwerpdocumentatie: MHW = NAP+5,0m Verval = NAP+5,0m NAP+2,0m = 3,0m γ S = 1,25 S d = 1,25 x 3,0m x 10 kn/m 3 = 37,5 kn/m 2 Belasting (S) Sterkte-effect (R) Sterkte-effect S d = R d = 37,5 kn/m 2 γ m = 1, V R = 0,07 R rep = R d / γ m = 37,5 kn/m 2 μ R = R rep /(1-1,64V R ) = 37,5/(1-1,64 0,07) = 42,4 kn/m 2 0 γ w (MHW- h bi ) S S d 1,64 s R m R rep μ R = R d 37,5 42,4

20 Instabiliteit constructie Toenemen belastingen (verval, golven) Instabiliteit constructie en/of grondlichaam Primaire mechanisme Faalcriterium Reststerkte mechanisme Bresgroei Falen waterkering

21 Instabiliteit constructie Inlaatsluis Schutsluis

22 Instabiliteit constructie Gemaal Keersluis

23 Stabiliteitstoets totale constructie Belasting en sterkte-effect uitgedrukt in de resultante kracht op de constructie! Z = R S S = f H, h bi, h in [ kn m] R = sterkte-effect [ kn m] Bepaal faalkans: P(R S) Belastingen op constructie Resulterende belasting op constructie Resulterende belasting in kn/m 1 breedte

24 Voorbeeld Uitwateringssluis is in de hoogwatersituatie een verdronken koker Sterkte-effect schuifweerstand horizontaal: μ R = 100 kn/m (ontwerpdocumentatie) S = 1 2 γ w( h bu 2 h bi 2 ) h bu h bi in

25 Aanvaren Aanvaren 2 de keermiddel Aanvaarenergie groter dan bezwijkenergie Primaire mechanisme Falen herstel Bodembescherming bezwijkt Stijgen waterstand achter kering Komberging vol Faalcriterium Ontgrondingskuilen Bezwijken kunstwerk Bresgroei Reststerkte mechanisme Falen waterkering

26 1 ste deur 2 de deur Situatie van aanvaren Schip Hkade Hbo,Bsv Akom Vkr

27 Keuze aanvaren beschouwen? De sluis is uitgerust met aanvaarconstructie(s) voor de schutdeuren en deze worden altijd gebruikt. nee De passerende vloot in de schutsluis is CEMT-klasse I of kleiner nee Bij waterstanden boven de kritieke buitenwaterstand wordt de sluis niet meer bediend. nee De scheepsbreedte van passerende vloot is maar net kleiner dan doorvaartbreedte van sluis (speling 0,5 m aan weerszijde)? nee Sluiting van het eerste keermiddel op stroming is mogelijk. nee ja ja ja ja ja Geen overstromingsrisico door aanvaring: Door aanvaarconstructie(s) wordt dekans op uitvaren van gesloten keermiddel verwaarloosbaar klein geacht. Geen overstromingsrisico door aanvaring: Bij kleinere scheepvaart is verwachting dat deze schepen sluisdeuren niet kunnen uitvaren. Geen overstromingsrisico door aanvaring: Er is voldoende hersteltijd en de kans op optreden van een aanvaring is minimaal. Geen overstromingsrisico door aanvaring: Schip en deuren vormen prop in het sluishoofd, eerste deur kan worden gesloten. Geen overstromingsrisico door aanvaring: Het eerste keermiddel kan op stroming worden gesloten (bijvoorbeeld waaierdeur, sectordeur, hefdeur). Er is een set puntdeuren, een draaideur of een niet sluitbare roldeur als eerste keermiddel aanwezig. Analyse uitvoeren.

28 Aanvaren Oorzaken van aanvaren Menselijk falen foutieve besturing foutieve beoordeling foutieve communicatie Technisch falen falen stuurinrichting falen keerkoppeling falen communicatie Externe oorzaken Wind Stroming Opzet (terrorisme) Falen communicatie

29 Meer informatie Algemeen: Cursusmateriaal: Presentaties, video s en oefenbestanden staan op ww.wbigebruikers.deltares.nl (zie onder opleidingen WBI ) Presentaties ook beschikbaar via Video s ook beschikbaar via cht_videos.pdf Vragen over cursussen: opleidingen@stowa.nl Vragen over WBIsoftware en Generale repetitie: helpdeskgr@deltares.nl