Co to jest stalowy dźwigar skrzynkowy?
Stalowy dźwigar skrzynkowy to zamknięty, prostokątny lub trapezowy pusty element wykonany ze spawanych płyt stalowych. Jego przekrój- składa się z pasa górnego, pasa dolnego oraz dwóch pionowych lub nachylonych środników, tworzących zamkniętą komórkę. Wewnątrz skrzynki podłużne usztywnienia (zamknięte żebra U-lub płaskie żebra) i poprzeczne membrany kontrolują lokalne wyboczenie cienkich płyt i utrzymują-geometrię przekroju poprzecznego stabilną pod obciążeniem.
Zamknięty przekrój zapewnia stalowym dźwigarom skrzynkowym trzy zalety konstrukcyjne w porównaniu z otwartymi dwuteownikami:
Sztywność skrętna.Pod mimośrodowymi obciążeniami użytkowymi przepływ ścinający rozwija się wokół całkowicie zamkniętego obwodu, zapewniając znacznie wyższą sztywność skrętną St. Venant i mniejsze odkształcenia niż w przypadku otwartej sekcji o podobnej masie.
Stosunek siły-do-wagi.Stalowy dźwigar skrzynkowy jest znacznie lżejszy niż dźwigar skrzynkowy z betonu sprężonego o tej samej rozpiętości, co zmniejsza ciężar własny, jaki musi przenosić konstrukcja nośna, oraz obniża wymagania dotyczące fundamentów i sejsmiczne.
Wydajność aerodynamiczna.Płaski, opływowy profil zmniejsza opór i pomaga zwiększyć krytyczną prędkość wiatru w przypadku trzepotania w porównaniu z dźwigarami kratownicowymi, co ma znaczenie w regionach przybrzeżnych i-narażonych na tajfuny.
Te właściwości sprawiają, że stalowy dźwigar skrzynkowy jest standardowym wyborem w dwóch rolach: jako główny-dźwigar nośny mostów belkowych-oraz jako dźwigar usztywniający mostów-podpartych linkami (-podwieszonymi i podwieszonymi).
Zakresy rozpiętości według układu konstrukcyjnego
Klasyfikacja rozpiętości stalowego dźwigara skrzynkowego opiera się na układzie konstrukcyjnym, w którym dźwigar pracuje, a nie na pojedynczej wartości długości. Ten sam przekrój skrzynkowy może występować w krótkim rozpiętości wiaduktu lub moście o rozpiętości ponad kilometra; różnica polega na sposobie przenoszenia obciążeń.
Systemy dźwigarów i kratownic (samonośne-)
W tym systemie dźwigar skrzynkowy rozciąga się bezpośrednio pomiędzy podporami i opiera się na własnej wytrzymałości na zginanie i ścinanie; nie ma kabli ani wież zapewniających dodatkowe ścieżki obciążenia.
| Zakres rozpiętości | Typowe zastosowanie | Konfiguracja dźwigara skrzynkowego |
|---|---|---|
| Około 50-100 m | Wiadukty miejskie, wiadukty łukowe | Stała-głębokość, pudełko z pojedynczą-komórką |
| Około 100-250 m | Przeprawy rzeczne, mosty autostradowe | Zmienna-głębokość, pudełko z pojedynczą- lub podwójną-komórką |
| Około 250-350 m | Główne kanały nawigacyjne | Betonowy dźwigar hybrydowy-stalowy-o zmiennej głębokości (stalowa środkowa rozpiętość z betonowymi przęsłami bocznymi) |
| Poza około 350 m | Ekonomiczna strefa graniczna dla-dźwigarów samonośnych | Zwykle wymagany jest system hybrydowy lub-obsługiwany przez kabel; wymaga-konkretnego uzasadnienia dla witryny |
Systemy-wsparte kablami (dźwigar usztywniający)
W-mostach wantowych i mostach wiszących kable przenoszą główne obciążenia pionowe, podczas gdy dźwigar skrzynkowy zapewnia sztywność skrętną, stabilność aerodynamiczną i platformę pokładową.
| Zakres rozpiętości | Typ mostu | Rola dźwigara skrzynkowego stalowego |
|---|---|---|
| Około 400-1200 m | Most wantowy-kablowy | Dźwigar usztywniający: jest odporny na ściskanie osiowe od odciągów i zginanie pod obciążeniem użytkowym |
| Około 1000–2,000+ m | Most wiszący | Dźwigar usztywniający: zapewnia sztywność skrętną i stabilność aerodynamiczną |
Dobrze-udokumentowane przykłady obejmują most Sutong w Chinach (podwieszenie-z linkami, główne przęsło 1088 m, stalowy dźwigar usztywniający) i most Canakkale z 1915 r. w Turcji (zawieszenie, główne przęsło 2023 m, podwójny stalowy dźwigar skrzynkowy). Nie ma ustalonego teoretycznego górnego limitu dla systemu-obsługiwanego przez kabel; większe rozpiętości osiąga się dzięki zoptymalizowanym profilom aerodynamicznym i dopasowaniu systemu linek.
Czynniki ograniczające rozpiętość stalowych dźwigarów skrzynkowych
Ciężar własny i cykl momentu zginającego
Moment zginający wynikający-z ciężaru własnego rośnie mniej więcej wraz z kwadratem rozpiętości. Większe sekcje potrzebne do wytrzymania momentu zwiększają ciężar własny, tworząc cykl, który sprawia, że wszystkie-dźwigary stalowe stają się nieekonomiczne w promieniu kilkuset metrów; Dźwigary kompozytowe (stal-betonowe) nieco rozszerzają zakres ekonomiczny, a poza tym system-wsparty na kablach jest zwykle bardziej wydajny.
Granice ugięcia i sztywności
Ugięcie środkowej części rozpiętości-pod napięciem szybko rośnie wraz z rozpiętością. Ponieważ moduł sprężystości stali jest stały, długie samonośne-przęsła wymagają bardzo głębokich dźwigarów, aby spełnić ograniczenia ugięcia nałożone przez obowiązujące przepisy (w przypadku mostów autostradowych zazwyczaj w zakresie L/500 do L/600 i bardziej rygorystyczne w przypadku mostów kolejowych), co zwiększa materiał, narażenie na wiatr i trudności w montażu.
Lokalne wyboczenie cienkich płyt
Większe rozpiętości zwiększają naprężenia ściskające w pasach i środnikach, co może powodować lokalne wyboczenie cienkich blach. Wzdłużne usztywnienia i poprzeczne membrany rozwiązują problem wyboczenia, ale zwiększają koszty spawania, naprężenia szczątkowe i koszty produkcji, a przy projektowaniu zmęczeniowym należy uwzględnić zwiększoną zawartość spoin.
Efekt opóźnienia ścinania
W przypadku dźwigarów skrzynkowych-o dużych rozpiętościach obciążenia pionowe powodują odkształcenie ścinające w szerokich półkach. Naprężenia koncentrują się w pobliżu środników, a materiał odległego kołnierza jest niewykorzystany, więc efektywna szerokość pasa zmniejsza się wraz ze wzrostem rozpiętości, obniżając wydajność nośną przekroju.
Aerodynamiczna stabilność wiatru
Głębokie dźwigary wymagane do zapewnienia sztywności-rozpiętości zwiększają powierzchnię kontaktu z wiatrem i zwiększają ryzyko wibracji i trzepotania wywołanych-wirami. Stabilność wiatru często staje się ograniczeniem kontrolującym w strefach przybrzeżnych i w strefach tajfunów, co wymaga badań-tunelu aerodynamicznego i szczegółów aerodynamicznych, takich jak opływowe lub szczelinowe bliźniacze-sekcje skrzynkowe.
Stalowy dźwigar skrzynkowy a inne typy mostów
| Przedmiot | Stalowy dźwigar skrzynkowy | Dźwigar skrzynkowy z betonu sprężonego | Most wantowy-kablowy | Most wiszący |
|---|---|---|---|---|
| Typowy konkurencyjny zakres rozpiętości | 100-350 m (samonośny) | Do około 300m | 250-1,200 m | 1,000-2,000+ m |
| Ciężar własny-dźwigara | Niski | Wysoka (około 2-3 razy większa od stali) | Niski do umiarkowanego | Niski do umiarkowanego |
| Sztywność skrętna | Bardzo wysoka (część zamknięta) | Wysoki | Wysoka (dźwigar usztywniający skrzynkowy) | Wysoka (dźwigar usztywniający skrzynkowy) |
| Wydajność aerodynamiczna | Doskonały (opływowy profil) | Umiarkowany | Dobry | Znakomity (opcja-z dwoma pudełkami) |
| Szybkość budowy | Szybko (produkcja segmentu fabrycznego) | Powolny (szalunki i odlewy{0}}na miejscu budowy) | Umiarkowany | Długie (wieża i montaż kabli) |
| Zapotrzebowanie na konserwację | Wyższe (kontrola powłoki i spoin) | Niższa rutynowa konserwacja | Wyżej (kable, wieże, kotwiczenia) | Wyżej (kable główne, zakotwienia) |
Standardy projektowe i materiały
Stalowe dźwigary skrzynkowe do mostów są projektowane i produkowane zgodnie z przepisami obowiązującymi w jurysdykcji projektu:
Gatunki stali:Chińskie stale mostowe Q345q i Q370q do GB/T 714; Europejskie gatunki S355J2 i S355NL zgodnie z EN 10025; Amerykańskie gatunki ASTM A709, klasa 50 / 50W. Odporne na warunki atmosferyczne stale mostowe mogą być stosowane w projektach przybrzeżnych w celu wydłużenia cykli konserwacji powłok.
Kody projektowe:JTG D64 dla chińskich mostów stalowych autostradowych; EN 1993-2 dla europejskich mostów stalowych; Specyfikacje projektowe mostów AASHTO LRFD dla projektów w USA.
Produkcja i spawanie:Klasy wykonania EN 1090-2 lub AWS D1.5 dla spawania mostów, z odbiorem NDT zgodnie ze specyfikacją projektu.
Ochrona przed korozją:czyszczenie strumieniowo-ścierne do Sa 2,5 zgodnie z ISO 8501-1 i systemy powłokowe wybrane według kategorii korozyjności ISO 12944.
Lista kontrolna wyboru dla kupujących
Zdefiniuj układ konstrukcyjny (samonośny dźwigar/kratownica-lub-dźwigar usztywniający podparty linami), zanim omówisz rozpiętość.
Zdefiniuj obowiązujący kodeks projektowy i model obciążenia (np. AASHTO HL-93, modele obciążeń Eurokodu lub kod krajowy kraju projektu).
Określ szerokość pomostu, liczbę komórek i to, czy wymagany jest pomost ze stali ortotropowej.
Podaj wymagania dotyczące gatunku stali i udarności (Charpy'ego) dla temperatury użytkowania.
Podać środowisko korozyjne i wymagany system powłokowy (kategoria ISO 12944).
Zdefiniuj ograniczenia długości segmentów w oparciu o sprzęt transportowy i dźwigowy oraz metodę montażu (podnoszenie dźwigiem, wodowanie lub montaż wspornika).
Uzgodnij dokumentację kontroli jakości: certyfikaty materiałowe, raporty z inspekcji spoin, raporty wymiarowe i raporty-przed montażem w sklepie.
Poproś o wycenę produkcji dźwigarów skrzynkowych stalowych
Często zadawane pytania
Jaka jest maksymalna rozpiętość stalowego dźwigara skrzynkowego?
Nie ma jednego maksimum. Samonośne-stalowe dźwigary skrzynkowe są ekonomiczne do około 300-350 m. Jako dźwigary usztywniające mostów podwieszonych i podwieszanych, stalowe dźwigary skrzynkowe zostały zbudowane na głównych przęsłach znacznie przekraczających 1000 m; most wiszący Canakkale w Turcji z 1915 r., o rozpiętości głównego przęsła 2023 m, wykorzystuje stalowy dźwigar skrzynkowy usztywniający.
Dlaczego stalowy dźwigar skrzynkowy jest lżejszy od betonowego dźwigara skrzynkowego?
Stal konstrukcyjna ma znacznie wyższy stosunek wytrzymałości-do-masy niż żelbet, dlatego stalowy dźwigar skrzynkowy o tej samej rozpiętości i nośności waży ułamek równoważnego betonowego dźwigara skrzynkowego. Niższy ciężar własny zmniejsza obciążenie filarów, fundamentów, a w przypadku mostów-podpartych kablami, słupów i kabli.
Jaka granica ugięcia dotyczy stalowych dźwigarów skrzynkowych?
Granice ugięcia są ustalane przez obowiązujące przepisy i zależą od typu mostu. Dźwigary skrzynkowe autostradowe są zwykle projektowane tak, aby wytrzymywały-graniczne ugięcia obciążenia w granicach L/500–L/600, podczas gdy w przypadku mostów kolejowych obowiązują bardziej rygorystyczne wartości graniczne. Dokładną wartość należy pobrać z kodu projektu, a nie założyć.
Kiedy powinienem wybrać stalowy-betonowy dźwigar hybrydowy zamiast dźwigara całkowicie-stalowego?
Dźwigary hybrydowe ze stalowym przęsłem środkowym i betonowymi przęsłami bocznymi są powszechne w pasmie ciągłych mostów ze sztywną ramą o długości 250-350 m. Łączą w sobie lekką rozpiętość stali ze sztywnością i oszczędnością rozpiętości bocznych betonu i są konkurencyjne tam, gdzie-wszystkie dźwigary stalowe stają się nieekonomiczne, ale system podparty linkami nie jest wymagany.
Dlaczego w przypadku dużych rozpiętości preferowane są stalowe dźwigary skrzynkowe?
Najważniejsze są trzy właściwości: zamknięty przekrój zapewnia wyjątkową sztywność skrętną; opływowy profil poprawia stabilność aerodynamiczną i zwiększa{{0}krytyczną prędkość wiatru; a wysoki stosunek wytrzymałości-do-masy pozwala dźwigarowi wytrzymać duże momenty zginające przy użyciu mniejszej ilości materiału niż blachownice otwarte.
Czy można wyprodukować dźwigary skrzynkowe zakrzywione i o zmiennej-głębokości?
Tak. Dźwigary skrzynkowe z zakrzywionym ustawieniem, poszerzeniem i zmienną głębokością są rutynowo produkowane w segmentach za pomocą cięcia CNC i spawania zrobotyzowanego lub łukiem krytym, a następnie-próbnie montowane w warsztacie przed wysyłką. Ostateczna geometria musi być zgodna z zatwierdzonymi rysunkami warsztatowymi pochodzącymi z projektu mostu.