Mosty należą do najbardziej wymagających zastosowań stali konstrukcyjnej. Przęsła muszą przenosić duże i powtarzające się obciążenia ruchem, być odporne na działanie wiatru i działań sejsmicznych oraz pozostawać zdatne do użytku przez dziesięciolecia. Stalowe konstrukcje kratownicowe spełniają te wymagania dzięki otwartej ramie z trójkątnych elementów, która przenosi obciążenia głównie poprzez siły osiowe, zapewniając wysoki stosunek wytrzymałości-do-masy i długie rozpiętości w świetle bez podpór pośrednich.
Co to jest stalowa konstrukcja kratownicowa?
Kratownica stalowa to szkielet składający się z prostych elementów stalowych połączonych przegubami w celu utworzenia sztywnych trójkątów. Ponieważ trójkąt nie może zmienić kształtu bez zmiany długości swoich boków, kratownica jest z natury stabilna, a obciążenia na elementach mają głównie charakter osiowy: rozciąganie w niektórych elementach i ściskanie w innych. Taka geometria umożliwia bardzo efektywne wykorzystanie materiału w porównaniu z elementami przenoszącymi obciążenia podczas zginania.
Główne komponenty
Górny akord:górny element wzdłużny, obciążony głównie ściskaniem i podtrzymujący obciążenia pokładu lub dachu od góry.
Dolny akord:dolny element wzdłużny, obciążony głównie rozciąganiem.
Członkowie sieci:przekątne i piony łączące dwa cięciwy i dzielące kratownicę na trójkątne panele.
Znajomości:blachy węzłowe z-śrubami lub spoinami o dużej wytrzymałości, które przenoszą siły pomiędzy elementami w połączeniach.
Typowe typy kratownic stalowych do mostów
| Typ kratownicy | Układ członka sieci | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Kratownica Pratta | Przekątne są pochylone w dół w kierunku środka; piony poddawane ściskaniu, przekątne rozciągane | Mosty kolejowe i autostradowe,-konstrukcje dachowe o dużej rozpiętości |
| Kratownica Warrena | Szereg trójkątów równobocznych bez pionów (lub z dodanymi pionami w przypadku długich paneli) | Mosty-o długich przęsłach, hangary lotnicze, konstrukcje o przejrzystych-przęsłach |
| Jaka kratownica | Przekątne są nachylone w górę w kierunku środka; przekątne przy ściskaniu | Wytrzymałe-mosty i konstrukcje dachowe, w których występują duże siły konstrukcyjne |
| Fink kratownica | Podział paneli internetowych-w kształcie litery W | Dachy mieszkalne i komercyjne,-konstrukcje o mniejszej rozpiętości |
Wybór geometrii kratownicy zależy od długości przęsła, wielkości obciążenia, ekonomii produkcji i metody montażu na miejscu i powinien zostać potwierdzony analizą konstrukcyjną zgodnie z obowiązującymi przepisami projektowymi.
Dlaczego stalowe kratownice pasują do inżynierii mostowej
Efektywne przenoszenie obciążenia osiowego
Elementy kratownicy podlegają rozciąganiu lub ściskaniu, co wykorzystuje całą wytrzymałość przekroju stalowego. Jest to zasadniczo bardziej-efektywne pod względem materiałowym niż dźwigary z przewagą zginania-o równoważnej rozpiętości i zmniejsza ciężar własny konstrukcji nośnej.
Długie, jasne rozpiętości
Ponieważ trójkątny system środników rozkłada siły na pasy, kratownice mogą rozciągać się na duże odległości przy stosunkowo małych głębokościach elementów, co zmniejsza liczbę filarów pośrednich i rozmiar fundamentów.
Niska masa własna i reakcja sejsmiczna
Lżejsze nadbudówki generują mniejsze siły bezwładności pod wpływem wzbudzenia sejsmicznego. W przypadku mostów w strefach aktywnych może to znacznie zmniejszyć obciążenia projektowe przenoszone na filary i przyczółki.
Prefabrykacja i szybki montaż
Elementy kratownicowe i podzespoły-można wytwarzać w warsztacie za pomocą połączeń wierconych lub spawanych i montować na miejscu za pomocą śrub-o wysokiej wytrzymałości, co skraca czas budowy i ogranicza pracę na wysokości w porównaniu z szeroko zakrojonym spawaniem w terenie.
Zastosowania kratownic stalowych w inżynierii mostowej
Mosty kolejowe i autostradowe:kratownice przenoszą duże, cykliczne obciążenia ruchem i są szeroko stosowane w skrzyżowaniach o średniej- i-długiej rozpiętości.
Kładki dla pieszych i przejścia miejskie:otwarte-kratownice środnikowe zapewniają smukłe, lekkie konstrukcje o wyglądzie architektonicznym.
Mosty tymczasowe i wojskowe:modułowe, w pełni skręcane systemy kratownicowe, takie jak mosty typu Baileya-, są stosowane do objazdów, przejść awaryjnych i logistyki wojskowej.
Konstrukcje łukowe i zawieszenia:kratownice stosuje się jako dźwigary usztywniające w mostach wiszących oraz jako główne żebra mostów łukowych-więzłych.
Wiadukty i jezdnie podwyższone:rozpiętości kratownic wybiera się tam, gdzie potrzebne są długie, jasne otwory nad drogami, rzekami lub liniami kolejowymi.
Kratownica stalowa a dźwigar skrzynkowy: jak wybrać
| Czynnik wyboru | Stalowy most kratownicowy | Most dźwigarowy ze stali skrzynkowej |
|---|---|---|
| Mechanizm przenoszenia obciążenia | Siły osiowe przechodzące przez trójkątne elementy środnika | Gięcie i ścinanie przez zamkniętą pustą sekcję |
| Stosunek siły-do-wagi | Wysoki; skuteczny przy bardzo długich rozpiętościach | Dobry; cięższy na jednostkę nośności zginania |
| Sztywność skrętna | Umiarkowany; wymaga usztywnienia na skręcanie | Doskonale, ze względu na zamknięty-przekrój poprzeczny |
| Przydatność rozpiętości | Długie lub bardzo długie rozpiętości | Średnie i długie rozpiętości, w tym zakrzywione linie trasowania |
| Logistyka | Otwarte elementy można wysyłać w postaci-rozbieranych elementów i przykręcać je na miejscu | Zamknięte komórki są często zbyt duże i mogą wymagać specjalnego transportu lub wysyłki luzem |
| Praca na miejscu | Szybki-zespół śrubowy z gąsienicą | Więcej spawania na miejscu i obsługi zamknięć i połączeń |
| Estetyka | Przemysłowy, geometryczny wygląd | Elegancki, minimalistyczny wygląd |
W praktyce decyzję podejmuje projektant: kratownice dobierane są pod kątem dużych rozpiętości, lekkich fundamentów i konstrukcji modułowej; Dźwigary skrzynkowe są preferowane w przypadku zakrzywionych linii trasowania, wysokich wymagań skrętnych i smukłych profili wizualnych.
Produkcja i kontrola jakości kratownic mostowych
Konstrukcje stalowe mostów podlegają bardziej rygorystycznym przepisom niż konstrukcje stalowe mostów ze względu na zmęczenie. Spawanie należy wykonać i sprawdzić zgodnie z AWS D1.5 (spawanie mostów) lub obowiązującą specyfikacją krajową, a ogólny projekt jest zgodny z przepisami takimi jak AASHTO LRFD, EN 1993 (Eurokod 3) lub GB 50017. Zalecane praktyki obejmują:
Pełna identyfikowalność materiałów dzięki certyfikatom testów walcowni wydanym zgodnie z EN 10204.
W 100% fabryczny-montaż wstępny z-grupą otworów i tolerancjami geometrycznymi zweryfikowanymi przed wysyłką.
Badania nieniszczące (UT, MT) spoin krytycznych wraz z zapisami kwalifikacji technologii spawania.
Silna-ochrona przed korozją określona w normie ISO 12944 dla kategorii narażenia, obejmująca czyszczenie strumieniowo-ścierne do Sa 2,5 i kompatybilne systemy powłok.
Kontrolowane-wygięcie wstępne: krzywe cięcia pręta i geometria zespołu są ustawione w taki sposób, aby ugięcie-ciężaru własnego było kompensowane w wzniesionej konstrukcji.
Często zadawane pytania
Który typ kratownicy jest najlepszy dla mostu kolejowego?Kratownice Pratta i Howe'a są powszechnie stosowane w mostach kolejowych, ponieważ układ ich środników odpowiada skoncentrowanym, cyklicznym obciążeniom ruchu kolejowego. Ostateczny wybór zależy od rozpiętości, ograniczeń głębokości i ekonomii produkcji i musi zostać zweryfikowany poprzez analizę zgodnie z obowiązującymi przepisami.
Jakie gatunki stali są typowe dla kratownic mostowych?Typowe gatunki obejmują serię S355 zgodną z EN 10025-2, ASTM A572 klasa 50 i Q355B zgodnie z GB/T 1591. W przypadku elementów o krytycznym zmęczeniu należy sprawdzić udarność, grubość i kategorię szczegółowości karbu względem specyfikacji projektowej.
Czy elementy kratownicy można transportować w kontenerach?Tak. Otwarte-elementy sieciowe doskonale nadają się do-rozbijania (CKD) przesyłek w kontenerach o długości 20 lub 40 stóp, z użyciem śrub w miejscu montażu na blachach węzłowych. Dłuższe elementy mogą być dostarczane w formie regałów płaskich lub luzem, zgodnie z geometrią.
W jaki sposób kontrolowana jest jakość spoin na kratownicach mostowych?Spawanie odbywa się zgodnie z kwalifikowanymi procedurami, zazwyczaj zgodnie z AWS D1.5 lub odpowiednim kodem, z ultradźwiękowymi i magnetycznymi badaniami cząstek krytycznych spoin oraz pełną dokumentacją uprawnień spawacza i protokołami kontroli.
W jaki sposób zarządza się-wygięciem wstępnym-kratownicy o dużej rozpiętości?Konstrukcja jest analizowana w oprogramowaniu do modelowania 3D, a krzywe cięcia i geometria zespołu są dostosowywane w taki sposób, aby wygięcie produkcyjne kompensowało przewidywane ugięcie-ciężaru własnego. Wstępny-montaż w warsztacie sprawdza osiągnięte pochylenie przed wysyłką.
Czy stalowe mosty kratowe nadają się do stosowania w regionach sejsmicznych?Tak. Ich niski ciężar własny zmniejsza sejsmiczne siły bezwładności, a plastyczne połączenia śrubowe można wyszczególnić pod kątem kontrolowanego rozpraszania energii, pod warunkiem, że konstrukcja jest zaprojektowana zgodnie z obowiązującymi normami sejsmicznymi.