Что такое стальная коробчатая балка и почему она подходит для вантовых-опорных мостов
Стальная коробчатая балка – это полая балка закрытого-профиля, изготовленная из сварных стальных пластин. В отличие от открытого двутаврового сечения, закрытая ячейка переносит одновременно изгиб, сдвиг и кручение, а это именно то, что нужно вантовому-настилу: настил представляет собой непрерывный элемент, поддерживаемый во многих точках вантами, а его поперечное-сечение должно распределять сосредоточенные силы троса в поле пластины без чрезмерных искажений.
Типовые элементы коробчатой балки
Веб-сайты:вертикальные или наклонные боковые пластины, передающие сдвиг между верхним и нижним фланцами.
Фланцы:верхняя и нижняя пластины; верхний фланец несет нагрузку на транспортное средство и сжатие, нижний фланец - растяжение.
Диафрагмы и поперечные-рамы:внутренние поперечные элементы, сохраняющие-форму поперечного сечения при сосредоточенных нагрузках, например, при креплениях кабелей.
Ребра жесткости:продольные и поперечные ребра, которые задерживают коробление пластины и распределяют местные нагрузки на колеса.
На самых длинных пролетах верхняя палуба обычно представляет собой ортотропную стальную палубу, в которой тонкая пластина усилена приваренными закрытыми или открытыми ребрами жесткости; это снижает собственный вес по сравнению с бетонным настилом. Коробчатые балки также обладают высокой жесткостью на кручение и эффективны там, где нагрузки эксцентричны, поэтому их используют на изогнутых пандусах и мостах с длинными-пролетами, а также вантовых-настилах.
Конструктивные роли коробчатой балки в вантовом-опочном мосту
Опора главного-пролета
Коробчатая балка проходит между точками крепления-тросов, выдерживая движение транспорта, ветровые и термические нагрузки. Собственный-вес балки напрямую определяет натяжение-троса и размеры поперечного- сечения пилона, поэтому более легкая балка снижает нагрузку на всю конструктивную систему.
Передача силы в зонах крепления
Местное армирование применяется в местах крепления-тросов для распределения больших сосредоточенных сил от тросов на пластины коробчатых-секций. Силы на тросе постоянно колеблются под воздействием движения транспорта и ветра, поэтому крайне важно -усталостностойкая детализация зоны крепления.
Распределение продольной и поперечной силы
Конструкция с одинарной-коробкой или сдвоенной-коробкой опирается на устойчивость к скручиванию и короблению, позволяющую распределять эксцентриковые нагрузки транспортного средства поперек по всей ширине моста и выдерживать продольный изгиб настила между кабельными опорами.
Аспекты проектирования: ветер, усталость и стандарты
Ветровая и аэроупругая устойчивость
В конструкции длиннопролетных балок преобладают два ветровых явления: вихревая-вибрация при умеренных скоростях ветра и флаттер при высоких скоростях ветра. Обтекаемый профиль коробки плюс достаточная жесткость на кручение (высокая частота кручения) являются основными конструктивными мерами противодействия. Данные о ветре на месте и динамические свойства моста учитываются при аэроупругих исследованиях; для пролетов рекордной-длины обычно применяется программа аэродинамической трубы пограничного-слоя. Воздействие ветра определяется в Европе согласно EN 1991-1-4, а в Северной Америке – в соответствии с положениями AASHTO LRFD о ветре.
Усталость сварных деталей и креплений.
Стальные мосты подвержены повторяющимся диапазонам напряжений, поэтому сварные детали классифицируются по категориям усталости: EN 1993-1-9 в Европе присваивает категории деталей типам соединений, а AASHTO LRFD использует категории усталости с бесконечным-порогом срока службы в Северной Америке. Кронштейны для крепления кабеля, ортотропные сварные швы между ребрами палубы и соединения фланцев — это обычно определяющие типы деталей. Качество изготовления, включая профиль сварного шва, шлифовку пяток и неразрушающий контроль, напрямую определяет усталостную долговечность, которую предполагает данная категория деталей.
Регулирующие стандарты, обычно упоминаемые в сфере закупок
| Предмет | Стандарты (примеры) | Примечания |
|---|---|---|
| Конструкция стального моста | ЕН 1993-2; Технические характеристики моста AASHTO LRFD; ДЖТГ Д64 | Издание, применимое к юрисдикции проекта |
| Композитная конструкция моста | ЕН 1994-2 | Для стальных-композитных настилов из бетона |
| Выпучивание пластин / усиленные панели | ЕН 1993-1-5 | Правила выпучивания пластин коробчатой балки |
| Усталость | ЕН 1993-1-9; Положения AASHTO LRFD об усталости | Категории деталей сварных соединений |
| Действия ветра | ЕН 1991-1-4 | Ветровые нагрузки; аэроупругое исследование для больших пролетов |
| Марки конструкционных сталей | EN 10025 (S355J2, S355NL); ASTM A709 (класс 50, 50 Вт); ГБ/Т 714 (Q345q, Q370q, Q420q) | Комплектация зависит от конструкции и климата |
| Исполнение/изготовление | Классы исполнения EN 1090-2; Мостовая сварка AWS D1.5 | Определяет допуски, сварку и контроль. |
| Защита от коррозии | ИСО 12944; ИСО 8501-1 | Система выбирается по категории коррозионной активности и расчетному сроку службы. |
| приемка неразрушающего контроля | ИСО 5817/ЕН ИСО 17635 | UT, RT или MT для критических сварных швов |
Стальная коробка против бетонной коробки против стального-композитного бетона
| Критерий | Цельно-стальная коробчатая балка | Предварительно напряженная бетонная коробчатая балка | Стальная-композитная балка из бетона |
|---|---|---|---|
| Собственный-вес | Самый низкий из трех | Высокий; регулирует стоимость пилонов и фундаментов на длинных пролетах | Умеренный (бетонный настил на стальном коробе) |
| Пригодность основного-пролета | Предпочтительно за пределами 400–600 м, а также за пределами 1000 м. | Практично на расстоянии примерно до 400 м при вантовой-поддерживаемой компоновке. | Распространен в диапазоне 200-600 м и для боковых пролетов. |
| Крутильное поведение | Высокий (закрытая секция) | Высокий (закрытая секция), тяжелый | Высокий, когда стальной ящик закрыт |
| Аэродинамический профиль | Легко модернизируется; нужна аэроэластичная проверка | Более тяжелые секции демпфируют движение, но добавляют собственную нагрузку. | Средний |
| Скорость возведения | Самый быстрый (производство в сегментном цехе) | Самый медленный (опалубка, поэтапное литье, отверждение) | Быстро со сборными панелями настила |
| Обслуживание жизненного цикла | Обслуживание покрытия и проверка сварных швов и подшипников. | Низкое текущее обслуживание; проблемы с прочностью сухожилий | Покрытие на стали; стыки настила и уход за бетоном |
Ориентировочный диапазон спецификаций для запроса на изготовление
Таблица ниже является отправной точкой для запроса на изготовление, а не коммерческого предложения. Окончательные значения взяты из чертежей, применимых норм и письменного предложения.
| Параметр | Ориентировочный диапазон |
|---|---|
| Главный пролет (канатный-оставшийся) | От 200 м до 1100 м и выше |
| Длина сегмента | Обычно 9–15 м, для тяжелых ортотропных участков уменьшается; ограничен транспортной и грузоподъемностью |
| Соотношение глубина балки и пролета | Мелкая глубина для вантовых-балок (обычно в диапазоне 1/180–1/250 для проектов автомагистралей); устанавливается по пределам ветра и отклонения |
| Марки стали | Q345q/Q370q/Q420q (ГБ/Т 714); S355J2/S355NL (EN 10025); A709 Класс 50/50 Вт (ASTM) |
| Подготовка поверхности | Пескоструйная очистка до Sa 2,5 (ISO 8501-1) |
| Система покрытия (пример) | Грунтовка-с высоким содержанием цинка, эпоксидное промежуточное покрытие, полиуретановое верхнее покрытие (ISO 12944). |
| Загрузить модель (пример) | AASHTO HL-93, модели нагрузки Еврокода или национальная модель нагрузки проекта. |
| Класс исполнения | EN 1090-2 EXC3 или EXC4 для мостовых балок. |
Что нужно знать покупателям: документация и упаковка
Документация по контролю качества:сертификаты на материалы (например, EN 10204 3.1 или 3.2 с проверкой третьей-стороны), записи о сварке, отчеты неразрушающего контроля, отчеты о толщине покрытия, отчеты о размерах и отчеты о заводской предварительной-сборке.
Проверка третьей стороной-:приемка независимыми инспекционными агентствами или агентом клиента обычно согласовывается на стадии заключения договора.
Экспортная упаковка:защитные крепления, деревянные опорные или стальные приспособления, внутренние распорки, атмосферостойкая-обертка кромок, сегменты с маркировкой-соответствием, специальные точки подъема и упаковочный лист с руководством по обращению.
Ориентировочная коммерческая практика изготовления коробчатых балок основана на проекте-: изготовление начинается с утвержденных чертежей, время выполнения заказа обычно составляет от одного до трех месяцев с момента утверждения чертежа и подтверждения материала в зависимости от тоннажа и объема проверки, а условия гарантии определяются в договоре купли-продажи. Отправьте свои чертежи, расположение пролетов и условия на месте, чтобы получить техническую оценку и письменное предложение.
Запросить технический обзор и предложение
Часто задаваемые вопросы
Чем стальная коробчатая балка отличается от бетонной коробчатой балки вантового-моста?
Стальная коробчатая балка легче бетонной коробчатой балки аналогичного пролета, что снижает собственный-вес, который приходится нести пилонам, кабелям и фундаментам, и позволяет увеличить основные пролеты. Бетон предлагает более низкие первоначальные затраты на некоторых рынках и низкие эксплуатационные расходы, но его более высокий собственный вес повышает спрос на пилоны и фундаменты. Выбор зависит от пролета, условий площадки, местных затрат на изготовление и норм проектирования.
В чем разница между цельно-стальной коробчатой балкой и стальной-композитной балкой из бетона?
В цельно-стальной коробчатой балке верхняя настил, стенки и нижняя полка представляют собой сварные стальные пластины, часто с ортотропным стальным настилом. В стальной-композитной балке железобетонная плита настила опирается на стальную коробчатую опорную конструкцию и взаимодействует с ней посредством сдвиговых соединителей. Композитные балки распространены при умеренных пролетах, где бетонное перекрытие экономично; все-стальные коробки обычно используются там, где важен малый собственный-вес и быстрый сегментный монтаж, например, основные пролеты длиной примерно 400-600 м.
Как стальная коробчатая балка ведет себя при сильном ветре?
Закрытое обтекаемое поперечное сечение-имеет низкое аэродинамическое сопротивление и высокую крутильную жесткость, что помогает контролировать вихревую-вибрацию и повышает критическую-скорость ветра при флаттере. Для длинных вантовых-пролетов в соответствии с нормами проектирования обычно требуются-испытания в аэродинамической трубе и аэроупругие исследования, например EN 1991-1-4 для воздействия ветра.
Как учитывается усталость сварных соединений и креплений кабелей?
Сварные детали разработаны с учетом категорий усталостных деталей, например EN 1993-1-9 в Европе или положений об усталости AASHTO LRFD в Северной Америке. Зоны крепления кабелей и ортотропные сварные швы U-образных ребер настила заслуживают особого внимания, поскольку они подвергаются высоким, повторяющимся диапазонам напряжений. Неразрушающий контроль (ультразвуковой, радиографический или магнитопорошковый контроль) указан для критических сварных швов, а стандарт EN 1090-2 определяет требования к качеству выполнения.
Какова стоимость и техническое обслуживание в течение срока службы моста?
Стальные коробчатые балки обычно имеют более высокую стоимость изготовления, чем бетонные альтернативы, но могут снизить затраты на фундамент и опоры из-за меньшего собственного веса, а также сокращают время монтажа за счет заводского изготовления. Техническое обслуживание в течение всего жизненного цикла сосредоточено на системе защиты от коррозии: интервалы повторного-покрытия зависят от системы (например, категории ISO 12944) и окружающей среды. Исследование стоимости жизненного цикла, а не только первоначальная стоимость, определяет экономичное решение для данного пролета и площадки.
Какой класс исполнения применяется к вантовым-балкам мостов?
Классы исполнения определены в EN 1090-2 и выбираются из класса последствий конструкции. EXC3 характерен для автомобильных мостов общего назначения; EXC4 предназначен для длиннопролетных, прибрежных или городских сооружений, где последствия отказов являются серьезными. Класс определяет допуски, требования к сварке и контролю.