Що таке сталеві коробчасті балки та чому вони підходять для вантових-мостів
Сталева коробчаста балка – це порожниста балка закритого-перерізу, виготовлена зі зварених сталевих пластин. На відміну від відкритої I-секції, закрита комірка забезпечує згинання, зсув і скручування разом, що є саме тим, що потрібно-настилу з тросом: настил є безперервним елементом, який у багатьох точках підтримується тросиками, а його поперечний-переріз має розподіляти зосереджені сили троса в полі плити без надмірних спотворень.
Типові елементи коробчатої балки
Павутина:вертикальні або похилі бічні пластини, які передають зсув між верхнім і нижнім фланцями.
Фланці:верхня і нижня пластини; верхній фланець несе рух і стиснення, нижній фланець несе натяг.
Діафрагми та поперечні-рами:внутрішні поперечні елементи, які зберігають-форму поперечного перерізу під дією зосереджених навантажень, як-от кріплення кабелю.
Ребра жорсткості:поздовжні і поперечні ребра, які затримують вигин пластини і розподіляють локальні навантаження на колесо.
На найбільших прольотах верхній настил зазвичай являє собою ортотропний сталевий настил, в якому тонка пластина посилена привареними закритими або відкритими ребрами; це економить власну вагу порівняно з бетонним настилом. Коробчаті балки також забезпечують високу жорсткість на кручення та ефективні там, де навантаження є ексцентричними, тому вони з’являються на вигнутих пандусах і мостах із великим-прольотом, а також на вантових-настилах.
Конструктивні ролі коробчатої балки в вантовому-мості
Основна-підтримка настилу
Коробчаста балка проходить між опорними-точками кріплення кабелю, протистоячи транспортним, вітровим і тепловим навантаженням. Власна-вага балки безпосередньо визначає натяг-троса та розміри поперечного-перерізу пілона, тому легша балка зменшує вимоги до всієї конструктивної системи.
Передача зусилля в зонах кріплення
Місцеве підсилення застосовано в місцях кріплення-троса, щоб розподілити великі зосереджені зусилля від кабелів на пластини коробчатого-профілю. Зусилля троса неодноразово коливаються під впливом руху та вітру, тому стійке до втоми деталі зони кріплення є критичним.
Поздовжній і поперечний розподіл сил
Конструкція одно-коробчатої або подвійної-коробчатої конструкції покладається на опір скрученню та викривленню, щоб розподіляти ексцентричні навантаження транспортного засобу поперечно по всій ширині мосту та витримувати поздовжній вигин настилу між опорами тросу.
Конструкційні міркування: вітер, втома та стандарти
Вітрова та аеропружна стійкість
Два явища вітру домінують у конструкції балки з великим-прольотом:-вихрова вібрація за помірної швидкості вітру та тріпотіння за високої швидкості вітру. Обтічний коробчатий профіль плюс відповідна жорсткість на кручення (висока частота кручення) є основними структурними контрзаходами. Дані про вітер на місці та динамічні властивості мосту входять у дослідження аеропружності; для прольотів рекордної-довжини програма аеродинамічної труби-граничного шару є нормальною. Дії вітру визначаються в Європі відповідно до EN 1991-1-4 і в Північній Америці відповідно до положень AASHTO LRFD щодо вітру.
Втома зварних деталей і анкерних з'єднань
Сталеві мости витримують повторювані діапазони напружень, тому зварні деталі класифікуються за категоріями деталей на втому: EN 1993-1-9 в Європі призначає категорії деталей для типів з’єднань, а AASHTO LRFD використовує категорії на втому з нескінченним-порогом служби в Північній Америці. Кронштейни для кріплення кабелю, ортотропні зварні шви ребра до палуби та з’єднання фланців – це типи деталей, які зазвичай є основними. Якість виготовлення, включаючи профіль зварного шва, шліфування носка та НК, безпосередньо встановлює довговічність утоми, яку передбачає категорія деталей.
Керівні стандарти, які зазвичай цитуються під час закупівель
| Тема | Стандарти (приклади) | Примітки |
|---|---|---|
| Конструкція сталевого мосту | EN 1993-2; Специфікації конструкції мосту AASHTO LRFD; JTG D64 | Видання, застосовне до юрисдикції проекту |
| Композитна конструкція мосту | EN 1994-2 | Для сталевих-бетонних композитних настилів |
| Плита прогинання / посилені панелі | EN 1993-1-5 | Правила прогинання плит коробчатих балок |
| Втома | EN 1993-1-9; Положення щодо втоми AASHTO LRFD | Категорії деталей для зварних з'єднань |
| Дії вітру | EN 1991-1-4 | Вітрові навантаження; дослідження аеропружності для великих прольотів |
| Конструкційні марки сталі | EN 10025 (S355J2, S355NL); ASTM A709 (клас 50, 50 Вт); GB/T 714 (Q345q, Q370q, Q420q) | Сорт залежить від конструкції і клімату |
| Виконання / виготовлення | EN 1090-2 класи виконання; Зварювання мостів AWS D1.5 | Визначає допуски, зварювання та перевірку |
| Захист від корозії | ISO 12944; ISO 8501-1 | Система обрана за категорією корозійності та розрахунковим терміном служби |
| Прийняття НК | ISO 5817 / EN ISO 17635 | UT, RT або MT на критичних зварних швах |
Сталева коробка проти бетонної коробки проти сталевого-бетонного композиту
| Критерій | Повністю-сталева коробчаста балка | Коробчаста балка з попередньо напруженого бетону | Сталева-бетонна композитна балка |
|---|---|---|---|
| Власна-вага | Найнижча з трьох | високий; регулює вартість пілонів і фундаментів на великих прольотах | Помірний (бетонний настил на сталевій коробці) |
| Основна-придатність прольоту | Бажано за межі приблизно 400-600 м, поширюючись понад 1000 м | Практично приблизно до 400 м для тросових-макетів | Поширений в смузі 200-600 м і для бічних прольотів |
| Торсійна поведінка | Висока (закрита секція) | Високий (закрита секція), важкий | Високий, коли сталевий ящик закритий |
| Аеродинамічний профіль | Легко обтічний; потребує аеропружної перевірки | Більш важкі секції гальмують рух, але додають мертве навантаження | Проміжний |
| Швидкість зведення | Найшвидший (сегментне цехове виготовлення) | Найповільніше (опалубка, поетапне лиття, твердіння) | Швидко зі збірними панелями настилу |
| Обслуговування життєвого циклу | Технічне обслуговування покриття та перевірка зварних швів і підшипників | Низький рівень планового обслуговування; проблеми з міцністю сухожиль | Покриття на сталі; обслуговування палубних швів і бетону |
Орієнтовний діапазон специфікацій для запиту на виготовлення
Таблиця нижче є відправною точкою для запиту на виготовлення, а не пропозицією. Остаточні значення виходять із креслень, відповідного коду та письмової пропозиції.
| Параметр | Орієнтовний діапазон |
|---|---|
| Головний проліт (з-тросом) | Приблизно від 200 м до 1100 м і далі |
| Довжина відрізка | Зазвичай 9-15 м, зменшено для важких ортотропних сегментів; обмежена транспортною та вантажопідйомністю |
| Співвідношення глибина балки / проліт | Неглибокі для вантових балок (зазвичай у діапазоні 1/180-1/250 для проектів автомагістралей); встановлюються межами вітру та прогину |
| Марки сталі | Q345q / Q370q / Q420q (GB/T 714); S355J2 / S355NL (EN 10025); A709 Клас 50 / 50 Вт (ASTM) |
| Підготовка поверхні | Струменеве очищення до Sa 2,5 (ISO 8501-1) |
| Система покриття (приклад) | Збагачена цинком грунтовка, епоксидне проміжне покриття, поліуретанове покриття (ISO 12944) |
| Модель навантаження (приклад) | AASHTO HL-93, моделі навантаження Єврокоду або національна модель навантаження проекту |
| Клас виконання | EN 1090-2 EXC3 або EXC4 для мостових балок |
Що потрібно знати покупцям: документація та упаковка
Документація з контролю якості:сертифікати на матеріали (наприклад, EN 10204 3.1 або 3.2 з оглядом третьої- сторони), записи про зварювання, звіти про НК, звіти про товщину покриття, звіти про розміри та звіти про перед-складання.
Перевірка-третьою стороною:прийняття незалежними інспекційними агентствами або агентом клієнта зазвичай узгоджується на етапі контракту.
Експортна упаковка:захисні кріплення, дерев’яні кріплення або сталеві пристосування, внутрішні скріплення, стійке-обертання країв, сірникові-марковані сегменти, спеціальні точки підйому та пакувальний лист із посібником із поводження.
Орієнтовна комерційна практика виготовлення коробчатих балок базується на проекті-: виготовлення починається із затверджених креслень, час виконання зазвичай становить від одного до трьох місяців після затвердження креслення та підтвердження матеріалу залежно від тоннажу та обсягу перевірки, а умови гарантії визначаються в договорі купівлі-продажу. Надішліть свої креслення, розташування прольотів і умови на місці, щоб отримати технічний огляд і письмову цінову пропозицію.
Запит на технічний огляд і пропозицію
FAQ
Як стальна коробчаста балка відрізняється від бетонної коробчатої балки для вантового-мосту?
Сталева коробчаста балка легша за бетонну коробчату балку з подібним прольотом, що зменшує власну-вагу, яку мають нести пілони, троси та фундаменти, і забезпечує довші основні прольоти. Бетон пропонує нижчу початкову вартість на деяких ринках і низький рівень планового обслуговування, але його більша власна вага підвищує попит на опори та фундаменти. Вибір залежить від прольоту, умов на місці, місцевої вартості виготовлення та коду конструкції.
Яка різниця між повністю-сталевою коробчастою балкою та сталевою-бетонною композитною балкою?
У повністю-сталевих коробчастих балках верхня частина, перегородки та нижній фланець є звареними сталевими пластинами, часто з ортотропною сталевою плитою. У сталевій-композитній балці залізобетонна плита настилу сидить на підконструкції сталевої коробки та діє з нею через зрізні з’єднувачі. Композитні балки звичайні для помірних прольотів, де бетонний настил є економічним; усі-сталеві коробки зазвичай застосовуються там, де мала власна-вага та швидке сегментарне зведення важливі, наприклад, основні прольоти понад приблизно 400-600 м.
Як працює сталева коробчаста балка при сильному вітрі?
Закритий обтічний поперечний-переріз має низький аеродинамічний опір і високу жорсткість на кручення, що допомагає контролювати вихрову-вібрацію та підвищує критичну швидкість вітру-. Для довгих прольотів із кріпленням троса зазвичай вимагаються випробування-в аеродинамічній трубі та дослідження аеропружності, наприклад EN 1991-1-4 для дії вітру.
Як обробляється втома зварних з'єднань і анкерних кріплень кабелю?
Зварні деталі розроблені відповідно до категорій втомних деталей, наприклад EN 1993-1-9 у Європі або положень щодо втомленості AASHTO LRFD у Північній Америці. Зони кріплення кабелю та U-подібні зварні шви ортотропної настилу приділяють особливу увагу, оскільки вони мають високі, повторювані діапазони напруги. NDT (ультразвуковий, радіографічний або магнітопорошковий контроль) специфікується на критичних зварних швах, а EN 1090-2 визначає вимоги до якості виконання.
Яка картина вартості та обслуговування протягом усього терміну експлуатації мосту?
Сталеві коробчаті балки зазвичай мають вищу вартість виготовлення, ніж бетонні альтернативи, але можуть скоротити витрати на фундамент і пілон завдяки меншій власній вазі, а також вони скорочують час монтажу завдяки попередньому виготовленню. Технічне обслуговування протягом життєвого циклу зосереджено на системі захисту від корозії: інтервали повторного -покриття залежать від системи (наприклад, категорії ISO 12944) і навколишнього середовища. Дослідження вартості життєвого циклу, а не лише початкова вартість, вирішує економічне рішення для даного прольоту та місця.
Який клас виконання стосується вантових{0}}прогонових балок?
Класи виконання визначені в EN 1090-2 і вибираються з класу наслідків конструкції. EXC3 типовий для загальних шосейних мостів; EXC4 призначений для довгопролітних, прибережних або міських споруд, де наслідки руйнування є серйозними. Клас визначає допуски, вимоги до зварювання та контролю.