Навіщо криволінійним мостам потрібні жорсткі на кручення балки
На криволінійному мосту власне навантаження та транспортне навантаження діють ексцентрично відносно осі балки, утворюючи сильний згин{0}}кручувальний зв’язок: кожен варіант навантаження створює як згинальний, так і крутний момент. Якщо секція балки не може ефективно протистояти цьому крутному моменту, проектувальник повинен прийняти напруги деформації, бічні деформації та більші опорні реакції, що підвищує вагу сталі та вартість підконструкції. Закрита коробчаста секція протистоїть скрученню через безперервний зсувний потік по периметру, що принципово ефективніше, ніж опір викривленню відкритої секції.
Що таке сталеві коробчаті балки?
Сталева коробчаста балка – це порожнистий конструктивний елемент-з закритим перетином, виготовлений із зварених сталевих пластин. Зазвичай він складається з верхнього фланця, нижнього фланця та вертикальних або похилих перегородок, закритих внутрішніми діафрагмами, які зберігають форму профілю та запобігають викривленню під навантаженням.
Типи сталевих коробчатих балок
Пряма сталева коробчаста балка:поздовжня вісь пряма; в навантаженні переважають згинальний момент і поперечна сила. Це часто зустрічається на прямих трасах.
Вигнута сталева коробчаста балка:поздовжня вісь слідує за круговою або перехідною кривою; вигин супроводжується значним крученням. Це характерно для міських підвищених з'їздів і розв'язок.
Торсіонна поведінка: коробчастий переріз проти відкритого перетину
У відкритій I-балці опір крученню залежить головним чином від викривлення фланців, яке є відносно слабким, а центр зсуву лежить подалі від центроїда. У закритій коробці центр зсуву майже збігається з центроїдом, і крутний момент переноситься безперервним потоком зсуву навколо замкнутого контуру. Ось чому коробчаті балки на порядки жорсткіші на скручування, ніж еквівалентні відкриті балки, і чому вони є кращими скрізь, де виникає ексцентричне або криволінійне навантаження.
| Структурний тип | Перехресні-функції | Жорсткість на кручення | Типові програми |
|---|---|---|---|
| Сталева коробчаста балка | Закрита тонкостінна-клітина, утворена верхньою пластиною, нижньою пластиною та перетинками | Дуже висока: безперервний зсувний потік забезпечує чудову чисту стійкість до кручення | Криволінійні, вантові{0}}і опорні балки підвісних мостів |
| Сталева кроквяна балка | Відкрита трикутна структура з акордами та веб-членами | Помірний: сильно залежить від верхнього та нижнього бокового кріплення | Довго{0}}прольотні автомобільні та залізничні мости, переїзди через глибокі долини |
| Заповнена бетоном-сталева трубчаста арка | Кругові, гантельні або фермові труби, заповнені бетоном | Високий: осесиметрична геометрія з композитним обмеженням | Арочні мости |
| Відкрита пластинчаста балка | Відкрита секція I або H фланців і перегородок | Низький: переважає викривлення та бічна викривленість | Прямі мости малого--середнього прольоту та під’їзні прольоти |
Основні переваги сталевих коробчастих балок для криволінійних мостів
Висока жорсткість на кручення:закрита секція протистоїть крутному моменту від кривизни та ексцентричних транспортних навантажень з мінімальною напругою деформації, зберігаючи палубу стабільною за нерівномірного навантаження.
Високе співвідношення міцності-до-ваги:Конструкційні марки сталі, які зазвичай використовуються у виготовленні мостів, такі як S355 відповідно до EN 10025-2 або A709 клас 50 відповідно до ASTM, забезпечують високу межу текучості з низькою власною вагою, зменшуючи відцентрові ефекти та вимоги до опор і фундаментів.
Можливість адаптації до малих-радіусних кривих:у міських пандусах, де радіуси кривих невеликі, точне різання та зварювання в цеху точно відтворюють проектне вирівнювання з хорошою загальною стабільністю та ефективним монтажем на місці.
Глибина невеликої секції:сталеві коробчаті балки зазвичай забезпечують тонкий поперечний-переріз, покращуючи-зазор під-мостом і забезпечуючи обтічний вигляд, який підходить для одно-колонних макетів опор у міських ландшафтах.
Принципи проектування та виготовлення вигнутих сталевих коробчатих балок
Успішне впровадження вигнутої сталевої коробчастої балки вимагає ретельної координації проектування та виготовлення. Наступні принципи є типовими для добре-реалізованих проектів, розроблених відповідно до норм, таких як Специфікації проектування мостів AASHTO LRFD, EN 1993-2 (сталеві мости) і GB 50017:
Відповідність геометрії:пластини вирізані з ЧПУ та підігнані відповідно до вигнутого вирівнювання, тому виготовлений сегмент відтворює геометрію проекту в межах допуску.
Умови проти-перекидання та підтримки:підйом підшипника та стійкість до перекидання перевіряються на кожній опорі, особливо там, де власна-вага є низькою відносно ексцентричного живого навантаження.
Відстань між ребрами жорсткості та діафрагмою:невеликі радіуси кривих збільшують напруги кручення та деформації, тому поздовжнє розташування ребер жорсткості та відстань між діафрагмами регулюються для запобігання локальному прогину.
Дизайн змінної ширини:для одно-коробчатих багато-коміркових балок відстань між перетинками регулюється, а для багато-коробчатих балок відстань між комірками змінюється відповідно до зміни ширини настилу.
Розташування діафрагми:у вигнутих сегментах використовуються радіально розташовані внутрішні діафрагми з діафрагмами кінцевих підшипників, розташованими відповідно до компонування компенсаційного шва.
Керування поперечними-схилами:для крутих ділянок перепаду нижній край зберігається рівним, а верхній-поперечний{1}}схил борта формується зміною висоти перегородки.
Як вибрати сталеву коробчату балку для вигнутого мосту
Радіус кривизни:криві з малим-радіусом створюють більше кручення, тому перевагу надають замкнутим коробчатим балкам із високою жорсткістю на кручення.
Тип коробки:однокоміркові-коробки підходять для помірних прольотів і стандартного навантаження з простим виготовленням; багато-елементні коробки забезпечують вищу жорсткість на кручення та вантажопідйомність; композитні сталеві-бетонні короби додають жорсткості та довговічності, де це необхідно.
Розмах і навантаження:короткі прольоти можуть використовувати більш економічні конструкції, тоді як довгі прольоти або великі навантаження вимагають міцніших і жорсткіших конфігурацій.
Виготовлення та транспортування:розміри сегментів узгоджуються з умовами виготовлення, транспортування та підйому, із повномасштабним-пробним складанням, де -ризик монтажу високий.
Обговоріть свій проект зігнутого мосту з нашими інженерами
FAQ
Як коробчаста балка протистоїть скрученню порівняно з I-балкою?
У відкритій -балці скрученню протидіє переважно викривлення фланців, яке є відносно слабким. Коробчаста балка створює замкнутий периметр, який дозволяє внутрішнім напруженням зсуву циркулювати як безперервний потік зсуву, що робить її жорсткість на кручення набагато вищою, ніж у еквівалентної відкритої секції. Проектні коди відображають це, розглядаючи закриті та відкриті секції по-різному під час перевірок на кручення.
Які ще основні переваги сталевих коробчастих балок?
У міських пішохідних мостах цінуються чисті лінії та незахаращені поверхні; закрита форма захищає внутрішні поверхні від навколишнього середовища та зменшує технічне обслуговування; менша власна-вага зменшує навантаження на опору та фундамент; і готові модулі можна швидко встановити на місці, зводячи до мінімуму перешкоди руху.
Чи є сталеві коробчаті балки-рентабельними для криволінійних пандусів?
Так у багатьох випадках. Незважаючи на те, що вартість виготовлення вища, висока жорсткість на кручення дозволяє інженерам використовувати одинарні опорні вали та великі виступи палуби, що часто знижує вартість підконструкції та загальних балок настільки, щоб залишатися конкурентоспроможними з бетонними рішеннями.
Чи може одна коробчаста балка підтримувати всю криву проїжджу частину?
так Висока міцність на кручення дозволяє одній сталевій коробці виступати в якості головного поздовжнього хребта, підтримуючи широкі палуби через консолі. Це звичайне рішення для з'їздів на магістралях і зменшує кількість необхідних фундаментних опор.
Чи складно побудувати сталеві коробчасті балки?
Виготовлення є вимогливим через багато пересічних зварних внутрішніх елементів і жорсткі допуски. Однак, оскільки балки виготовляються модульно в контрольованому цеховому середовищі та швидко збираються на місці, загальний час будівництва часто коротший, ніж для -бетонних альтернатив на місці.
Який типовий діапазон прольотів для сталевих коробчатих балкових мостів?
Сталеві коробчаті балки зазвичай використовуються для прольотів приблизно від 30 м до 200 м, з більшими конфігураціями, можливими для вантових-основних балок або балок підвісних мостів. Вирішальними факторами є глибина балки, розрахункові навантаження та метод будівництва, які визначаються специфікацією проекту.