Що таке зварна сталева коробчаста балка?
Зварна сталева коробчаста балка – це балка закритого-перерізу, побудована шляхом зварювання сталевих пластин у прямокутну або трапецієподібну комірку. Верхня плита несе палубу або прикладене навантаження, перетинчасті пластини сприймають зсув, а нижня пластина завершує пару стиснення та розтягування під час згинання. Оскільки секція закрита, не-центральні навантаження створюють скручування, а закрита комірка протистоїть цьому скрученню з набагато меншою кількістю доданого матеріалу, ніж для відкритої секції. Це та сама конструкція, що й бетонні коробчасті балки, що використовуються на сучасних віадуках на автомобільних дорогах; зварна сталева версія є легшою, її можна виготовляти сегментами та підходить для проектів, де важлива швидкість монтажу, великі прольоти або криві лінії.
Основні компоненти
| компонент | функція | Типова форма |
|---|---|---|
| Верхній фланець / плита палуби | Витримує прямі навантаження; частина згинальної пари | Плоска пластина, часто посилена; ортотропна дека з поздовжніми ребрами, де дека є верхньою плитою |
| Веб плити | Передача зсуву між фланцями; визначити глибину розрізу | Вертикальні або похилі плити; товщина встановлюється за допомогою перевірок на зсув і прогин |
| Нижній фланець | Завершує згинання пари під позитивний момент | Плоска плита, ширша або товща в зонах ковтання суцільних балок |
| Діафрагми | Зберігайте поперечний-зріз клітини стабільним; розподіляти зосереджені навантаження | Суцільні плити або розкосні рами з інтервалами вздовж прольоту |
| Поздовжні та поперечні ребра жорсткості | Запобігайте локальному прогину тонких панелей | Плоскі бруски, плоскі пластини або кутники, приварені до перетинки та фланців |
Типи-перерізів
Залежно від кількості комірок сталеві коробчасті балки класифікуються на одно-коробчаті одно-коміркові, одно-коробчаті багато-коміркові та багато-коробчаті типи.
| Тип | Поперечний-розріз | Де використовується |
|---|---|---|
| Один-комірка, одна-комірка | Одна закрита клітина | Вузькі палуби, короткі---середні прольоти, міські пандуси, пішохідні мости |
| Один-коробка багато-комірки | Одна коробка, розділена внутрішніми перетинками (дві-комірки, потрійні-комірки) | Широкі настили шосе, високошвидкісні дороги, суцільні та жорсткі-каркасні мости |
| Багато-бокс | Дві або більше окремих коробок під однією колодою | Над-великі магістралі, розв’язки, довгі прольоти з окремими проїжджими частинами |
Розташування комірок є структурним вибором, обумовленим шириною настилу та стрункістю плити: ширші деки підштовхують до багато-компонентів або багато-коробок, щоб контролювати відстань між перетинками та плитою настилу.
Розрахункові навантаження та керуючі норми
Коробчаста балка розрахована на постійне навантаження, активне навантаження від руху, вітер, сейсмічні дії та втому, використовуючи один керуючий код проектування. У таблиці перераховано основні коди, які використовуються в міжнародних проектах мостів, і те, що регулює кожен з них.
| Код / Стандарт | Орган видачі | Область застосування |
|---|---|---|
| Специфікації конструкції мосту AASHTO LRFD | Американська асоціація державних дорожніх і транспортних службовців (AASHTO) | автомобільні мости США та Північної Америки; розрахунок коефіцієнта навантаження та опору; ХЛ-93 транспортне живе навантаження; Стаття 6.10 Положення сталевих балок |
| EN 1993-2 з діями EN 1991 | Європейський комітет стандартизації (CEN) | Сталеві мости в ЄС та асоційованих країнах; стійкість, втома та вигин пластини згідно з EN 1993-1-5; виконання згідно EN 1090-2 |
| JTG D64-2015 | Міністерство транспорту КНР | Шосе сталеві мости в Китаї; зазвичай використовується як орієнтир для експортних проектів у Південно-Східній Азії |
| GB/T 714 | Адміністрація стандартизації Китаю (SAC) | Мостова сталь марки Q345q, Q370q, Q420q та інші: хімічний склад, механічні властивості та ударна в'язкість |
| AWS D1.5 Код зварювання мостів | Американське товариство зварювання (AWS) | Процедури зварювання, кваліфікація зварника, критерії приймання зварного шва та вимоги до НК для мостової сталі |
| ISO 8501-1 | Міжнародна організація стандартизації (ISO) | Ступені підготовки поверхні до покриття; Sa 2,5 означає дуже ретельне струменеве очищення |
Товщина пластини, зварні шви та НК
Стандартної товщини плити для коробчастої балки не існує. Товщина полотна встановлюється межею міцності на зсув і місцевими межами прогину, наприклад, стаття 6.10 AASHTO LRFD або EN 1993-1-5; товщина фланця встановлюється перевірками на вигин, стиск і втому. Правильні значення для конкретного моста виходять з проектного розрахунку та підтверджуються в наборі креслень виготовлення.
Зварні шви-канавки з повним проникненням з’єднують фланець із перетинкою та з’єднують з’єднання сегментів балки, де з’єднання є критичним-під натягом або втомою. Зварні шви з кутовим або частковим-проваром кріплять ребра жорсткості, діафрагми та не-критичні деталі. Якість зварного шва відповідає AWS D1.5 або EN ISO 5817 із ультразвуковим тестуванням (UT) для повного-проникнення стикових з’єднань, магнітно-порошковим тестуванням (MT) для перевірки поверхневих тріщин і радіографічним тестуванням (RT) для складних глибоких зварних з’єднань.
Переваги, обмеження та основні застосування
| Переваги | Обмеження |
|---|---|
| Висока жорсткість на кручення без зовнішніх розкосів, підходить для вигнутих і ексцентрично навантажених мостів | Більша довжина пластини та зварного шва, ніж балка I-, тому вища вартість виготовлення за тонну |
| Легше, ніж бетонна коробка однакової місткості, що зменшує навантаження на опору та фундамент | Закриті камери обмежують доступ для огляду; повинні бути передбачені внутрішні люки доступу |
| Великі-прольоти з меншою кількістю проміжних опор | Транспортування та підйом великих сегментів потребують планування та дозволів |
| Фабричне виготовлення: швидке зведення об’єкта, мінімальна кількість вологих робіт і менше перешкод для руху | Чутливі-зварні деталі вимагають суворого контролю якості зварювання |
Основні сфери застосування включають автодорожні мости та міські віадуки, вигнуті мости та розв’язки, головні балки вантових-і підвісних мостів, пішохідні мости та легкі-залізничні віадуки, а також важкі промислові споруди, як-от балки підкранової смуги та каркаси даху з великим-прольотом.
Послідовність виготовлення
Різання пластин із ЧПУ та обробка компонентів: верхня та нижня пластини, перетинки, діафрагми та ребра жорсткості вирізаються з-сертифікованої пластини з попередньо-обробленими пазами для з’єднання та зварними канавками.
Фрезерування канавок і основне зварювання: довгі первинні шви зварюються автоматичним зварюванням під флюсом (SAW) для стабільного проплавлення; складні з’єднання використовують кваліфіковані ручні або напівавтоматичні процедури.
Монтаж на прихватках: компоненти встановлюються на спеціальні монтажні пристосування та перевіряються на площинність, вертикальність і внутрішню відстань перед зварюванням прихватками.
Правка після-зварювання, НК, дробеструйна обробка, покриття та попереднє-складання: спершу повна перевірка розмірів і НК, потім струменеве очищення до Sa 2,5, ґрунтовка-збагачена цинком і фінішне покриття; повні сегменти можна пробно-зібрати в цеху перед відправкою.
Часті запитання
Які розрахункові навантаження повинна витримувати зварна сталева коробчаста балка?коробчату балку перевіряють на власне навантаження, рухове навантаження, вітер, сейсмічні дії та втому. У Північній Америці проект відповідає AASHTO LRFD з транспортним завантаженням HL-93; в Європі дії EN 1991 поєднані з EN 1993-2; в Китаї, JTG D64-2015. Основний варіант навантаження підтверджується в проектному звіті перед виготовленням.
Якої товщини повинні бути плити коробчастої балки?Стандартного значення немає. Пластини перетинів визначаються за результатами перевірок на зсув і місцеву продольність, наприклад, AASHTO LRFD, стаття 6.10 або EN 1993-1-5, а фланцеві пластини – з перевірок на згинання та стиснення. Правильні значення для конкретного мосту виходять з розрахунку, тому постачальник повинен надати проектний звіт.
Які класи зварювання використовуються для зварних сталевих коробчастих балок?Зварні шви-з канавки повного проникнення з’єднують фланець із перетинкою та з’єднують сегменти; кутові або часткові -проплавні зварні шви прикріплюють ребра жорсткості та діафрагми. Виготовлення відповідає стандартам AWS D1.5 для мостів або рівням якості EN ISO 5817, з НК у співвідношенні, яке вимагається керівним кодексом і специфікацією проекту.
Що обмежує транспортування сегмента коробчатої балки?Обмеження ширини, довжини, висоти та -навантаження на вісь визначають максимальний розмір сегмента. Великі балки розбиваються на модульні сегменти на етапі проектування з позначками місць з’єднання для болтового кріплення або зварювання. Дозволи на негабаритне-навантаження слід перевіряти у постачальника логістичних послуг.
Коробчаста балка чи я-балка, яка коштує дешевше?Для того самого прольоту I-балку дешевше виготовити на тонну, оскільки для неї використовується менше пластини та менша довжина зварного шва. Коробчаста балка коштує дорожче в матеріалах і зварюванні, але протистоїть скрученню і бічним навантаженням без системи кріплень, що часто економить на широких або вигнутих палубах і на роботах підконструкції. Порівняння має базуватися на загальній встановленій вартості, а не на ціні одиниці.
Яку довжину може охопити сталева коробчаста балка?Зварні коробчаті балки охоплюють широкий діапазон від коротких міських пандусів до довгих безперервних перехресть автомагістралей і навіть довших головних балок у вантових-містах або мостах із екстрадозованими мостами. Допустимий проміжок часу для проекту встановлюється дослідженням дизайну та виготовлення; постачальник повинен повернути техніко-економічне обґрунтування з розмірами секцій для зазначеного прольоту та навантаження. Перегляньте наш повний асортимент сталевих колон і балок для мостів і будівельних конструкцій.