Dlaczego zakrzywione mosty wymagają dźwigarów sztywnych skrętnie
Na zakrzywionej trasie mostu obciążenie własne i obciążenie ruchem działają mimośrodowo w stosunku do osi dźwigara, tworząc silne połączenie zginające-skrętne: każdy przypadek obciążenia generuje zarówno moment zginający, jak i moment obrotowy. Jeśli sekcja dźwigara nie jest w stanie skutecznie wytrzymać tego momentu obrotowego, projektant musi zaakceptować naprężenia wypaczające, odkształcenia boczne i większe reakcje podporowe, co zwiększa ciężar stali i koszt konstrukcji nośnej. Zamknięty przekrój skrzynkowy jest odporny na skręcanie w wyniku ciągłego przepływu ścinającego na obwodzie, co jest zasadniczo skuteczniejsze niż odporność na wypaczenie przekroju otwartego.
Co to jest stalowy dźwigar skrzynkowy?
Stalowy dźwigar skrzynkowy to pusty w środku element konstrukcyjny-o przekroju zamkniętym, wykonany ze spawanych płyt stalowych. Zwykle składa się z górnego pasa, dolnego pasa oraz pionowych lub nachylonych środników, zamkniętych wewnętrznymi membranami, które utrzymują kształt przekroju i zapobiegają odkształceniom pod obciążeniem.
Rodzaje stalowych dźwigarów skrzynkowych
Dźwigar skrzynkowy prosty stalowy:oś podłużna jest prosta; w obciążeniu dominuje moment zginający i siła ścinająca. Jest to powszechne na liniach prostych.
Zakrzywiony stalowy dźwigar skrzynkowy:oś podłużna przebiega po krzywej kołowej lub przejściowej; zginaniu towarzyszy znaczne skręcanie. Jest to typowe dla miejskich podjazdów i węzłów przesiadkowych.
Zachowanie skrętne: przekrój skrzynkowy a przekrój otwarty
W otwartym dwuteowniku nośność na skręcanie zależy głównie od wypaczenia pasów, które jest stosunkowo słabe, a środek ścinania leży poza środkiem ciężkości. W zamkniętym pudełku środek ścinania prawie pokrywa się ze środkiem ciężkości, a moment obrotowy jest przenoszony przez ciągły przepływ ścinania wokół zamkniętej pętli. Z tego powodu dźwigary skrzynkowe są o rząd wielkości sztywniejsze na skręcanie niż równoważne dźwigary otwarte i dlatego są preferowane wszędzie tam, gdzie występuje obciążenie mimośrodowe lub zakrzywione.
| Typ konstrukcyjny | Elementy-przekrojowe | Sztywność skrętna | Typowe zastosowania |
|---|---|---|---|
| Stalowy dźwigar skrzynkowy | Zamknięta komórka o cienkich-ścianach utworzona przez płytę górną, płytę dolną i środniki | Bardzo wysoka: ciągły przepływ ścinający zapewnia doskonałą odporność na skręcanie | Mosty zakrzywione,-podwieszone i główne dźwigary mostów wiszących |
| Stalowy dźwigar kratownicowy | Otwórz triangulowaną strukturę z akordami i elementami sieci | Umiarkowany: w dużym stopniu zależy od górnych i dolnych stężeń bocznych | Mosty drogowe i kolejowe o dużej rozpiętości-, przeprawy w głębokich dolinach |
| Łuk rurowy ze stali-wypełnionej betonem | Rury okrągłe, hantle lub kratownice wypełnione betonem | Wysoki: geometria osiowo-symetryczna z kompozytowym zamknięciem | Mosty łukowe |
| Otwarta blachownica | Otwórz przekrój I lub H kołnierzy i środników | Niski: zdominowany przez wypaczenia i wyboczenia boczne | Proste mosty o małej-–-średniej rozpiętości i przęsła dojazdowe |
Kluczowe zalety stalowych dźwigarów skrzynkowych do mostów zakrzywionych
Wysoka sztywność skrętna:zamknięta sekcja wytrzymuje moment obrotowy wynikający z krzywizny i mimośrodowego obciążenia ruchem przy minimalnych naprężeniach wypaczających, utrzymując pokład stabilny nawet przy nierównym obciążeniu.
Wysoki stosunek wytrzymałości-do-wagi:gatunki stali konstrukcyjnej powszechnie stosowane w budowie mostów, takie jak S355 zgodnie z EN 10025-2 lub A709 klasa 50 zgodnie z ASTM, zapewniają wysoką granicę plastyczności przy niskim ciężarze własnym, redukując efekty odśrodkowe oraz wymagania stawiane filarom i fundamentom.
Możliwość dostosowania do krzywizn-o małym promieniu:na rampach miejskich, gdzie promienie łuków są małe, precyzyjne cięcie i spawanie w warsztacie dokładnie odtwarzają wyrównanie projektu, zapewniając dobrą ogólną stabilność i sprawny montaż na placu budowy.
Płytka głębokość przekroju:stalowe dźwigary skrzynkowe zazwyczaj pozwalają na smukły-przekrój poprzeczny, co poprawia-prześwit pod mostem i zapewnia opływowy wygląd, który pasuje do jednokolumnowych układów pirsów w krajobrazie miejskim.
Zasady projektowania i wytwarzania zakrzywionych stalowych dźwigarów skrzynkowych
Pomyślne wdrożenie zakrzywionego stalowego dźwigara skrzynkowego wymaga starannej koordynacji projektu i produkcji. Poniższe zasady są typowe dla-dobrze wykonanych projektów, zaprojektowanych zgodnie z przepisami, takimi jak specyfikacje projektowe mostów AASHTO LRFD, EN 1993-2 (mosty stalowe) i GB 50017:
Dopasowanie geometrii:płyty są wycinane CNC i dopasowywane tak, aby pasowały do zakrzywionego ułożenia, dzięki czemu wyprodukowany segment odtwarza geometrię projektową w granicach tolerancji.
Warunki zapobiegania-przewróceniu i wsparcia:Na każdej podporze sprawdza się oporność łożyska na unoszenie i przewracanie, zwłaszcza tam, gdzie ciężar własny-jest niski w porównaniu z mimośrodowym obciążeniem użytkowym.
Rozstaw usztywnień i membran:małe promienie krzywizn zwiększają naprężenia skrętne i odkształceniowe, dlatego układ usztywnień wzdłużnych i rozstaw membran są dostosowane tak, aby zapobiec miejscowemu wyboczeniu.
Konstrukcja o zmiennej szerokości:w przypadku dźwigarów jedno-skrzynkowych i wielo-komorowych odstępy środników są dostosowywane, a w przypadku dźwigarów wieloskrzynkowych-skrzynkowych odstępy między komórkami są zmieniane w zależności od zmieniającej się szerokości pokładu.
Układ membrany:zakrzywione segmenty wykorzystują promieniowo ułożone membrany wewnętrzne, z membranami łożysk końcowych rozmieszczonymi tak, aby pasowały do układu złącza dylatacyjnego.
Zarządzanie-nachyleniem poprzecznym:w przypadku stromych odcinków przechyłki dolny pas jest utrzymywany w poziomie, a górne nachylenie-pasa-jest tworzone poprzez zmianę wysokości środnika.
Jak wybrać stalowy dźwigar skrzynkowy do zakrzywionego mostu
Promień krzywizny:Krzywe-o małym promieniu generują większe skręcanie, dlatego preferowane są dźwigary skrzynkowe o zamkniętej konstrukcji o dużej sztywności skrętnej.
Typ pudełka:skrzynki z pojedynczymi-ogniwami, dostosowane do średnich rozpiętości i standardowego obciążenia, przy prostej produkcji; skrzynki wielo-ogniwowe zapewniają większą sztywność skrętną i nośność; skrzynki ze stali kompozytowej-betonowej zwiększają sztywność i trwałość tam, gdzie jest to potrzebne.
Rozpiętość i obciążenia:krótkie rozpiętości mogą wymagać bardziej ekonomicznych konstrukcji, podczas gdy duże rozpiętości lub duże obciążenia wymagają mocniejszych i sztywniejszych konfiguracji.
Produkcja i transport:rozmiary segmentów są dopasowane do warunków produkcji, transportu i podnoszenia, a montaż próbny na pełną-skalę wiąże się z wysokim ryzykiem dopasowania.
Omów projekt mostu zakrzywionego z naszymi inżynierami
Często zadawane pytania
Jak dźwigar skrzynkowy wytrzymuje skręcanie w porównaniu z dźwigarem dwuteowym?
W otwartym dwuteowniku skręcanie opiera się głównie wypaczeniu pasów, które jest stosunkowo słabe. Dźwigar skrzynkowy tworzy zamknięty obwód, który umożliwia cyrkulację wewnętrznych naprężeń ścinających w postaci ciągłego przepływu ścinającego, dzięki czemu jego sztywność skrętna jest znacznie wyższa niż w przypadku równoważnego przekroju otwartego. Przepisy projektowe odzwierciedlają to, traktując odmiennie przekroje zamknięte i otwarte podczas kontroli skręcania.
Jakie są inne główne zalety stalowych dźwigarów skrzynkowych?
W miejskich kładkach cenione są czyste linie i uporządkowane podłoże; zamknięty kształt chroni powierzchnie wewnętrzne przed środowiskiem i ogranicza konserwację; mniejszy ciężar własny-zmniejsza obciążenie filarów i fundamentów; a prefabrykowane moduły można szybko zamontować na miejscu, minimalizując zakłócenia w ruchu.
Czy stalowe dźwigary skrzynkowe są-opłacalne w przypadku zakrzywionych ramp?
Tak, w wielu przypadkach. Chociaż koszt produkcji jest wyższy, wysoka sztywność skrętna pozwala inżynierom na stosowanie pojedynczych filarów i dużych zwisów pokładów, co często zmniejsza konstrukcję nośną i całkowity koszt dźwigarów na tyle, aby zachować konkurencyjność w stosunku do rozwiązań betonowych.
Czy pojedynczy dźwigar skrzynkowy może utrzymać całą zakrzywioną jezdnię?
Tak. Wysoka wytrzymałość na skręcanie pozwala pojedynczej stalowej skrzyni pełnić rolę głównego podłużnego kręgosłupa, podtrzymującego szerokie pokłady na wspornikach. Jest to powszechne rozwiązanie w przypadku ramp autostradowych i zmniejsza liczbę wymaganych filarów fundamentowych.
Czy stalowe dźwigary skrzynkowe są trudne w budowie?
Produkcja jest wymagająca ze względu na wiele przecinających się spawanych elementów wewnętrznych i wąskie tolerancje. Ponieważ jednak dźwigary są produkowane modułowo w kontrolowanym środowisku warsztatowym i szybko montowane na miejscu, całkowity czas budowy jest często krótszy niż w przypadku-alternatyw z betonu na miejscu.
Jaki jest typowy zakres rozpiętości mostów ze stalowych dźwigarów skrzynkowych?
Stalowe dźwigary skrzynkowe są powszechnie stosowane w przypadku rozpiętości od około 30 m do 200 m, przy czym możliwe są dłuższe konfiguracje w przypadku głównych dźwigarów mostów wantowych lub podwieszanych. Czynnikami decydującymi są głębokość dźwigara, obciążenia projektowe i metoda budowy, wszystkie określone w specyfikacji projektu.