W artykule przedstawiono zagadnienie nośności i zachowania styków pomiędzy betonami układanymi w różnym czasie. Omówiono wybrane procedury projektowe, takie jak norma PN-EN 1992-1-1 i prenorma fib Model Code 2010, której zapisy zostały uwzględnione w nowej generacji Eurokodu 2. Dokonano oceny procedur projektowych w świetle własnych badań eksperymentalnych dotyczących zespolenia pomiędzy betonem zwykłym z betonem lekkim z kruszywem ze spiekanych popiołów lotnych. Stwierdzono, że rozważane procedury projektowe pozwoliły na bezpieczne, z inżynierskiego punktu widzenia, oszacowanie nośności połączeń, choć wyniki można uznać za zachowawcze.
EN
The paper presents the issue of the load carrying capacity and behaviour of interfaces between concretes cast at different times. Selected design procedures are discussed, including the standard PN-EN 1992-1-1 and the code draft fib Model Code 2010, whose provisions have been incorporated into the new generation Eurocode 2. The design procedures are assessed in the light of authors’ experimental investigations on the interface between ordinary concrete and lightweight concrete with sintered fly ash aggregate. It was found that the considered design procedures allowed for safe, from an engineering perspective, estimation of the shear resistance at the interfaces, although the results can be considered as conservative.
Artykuł przedstawia wyniki prac badawczo-rozwojowych prowadzonych na Politechnice Wrocławskiej w zakresie stalowo-betonowych konstrukcji zespolonych. W odpowiedzi na rosnące potrzeby infrastrukturalne oraz popularyzację modelu „projektuj i buduj”, opracowano nowy typ belki hybrydowej z tzw. strefą przejściową między przekrojem zespolonym a żelbetowym. Pozwala to na redukcję zużycia stali i optymalizację kosztów bez utraty nośności. W ramach prac opracowano także nową generację zespolenia – SRCD (Strong Reinforced Composite Dowel), wykorzystującą gęste zbrojenie dla eliminacji kruchego mechanizmu zniszczenia betonu typu pry-out cone. Rozwiązania te przetestowano w skali rzeczywistej i wdrożono m.in. w moście w Gdańsku Sobieszewie oraz na trasie S3.
EN
The article presents the results of research and development work carried out at Wrocław University of Science and Technology in the field of steel-concrete composite structures. In response to growing infrastructure demands and the widespread use of the „design and build” model, a new type of hybrid beam with a so-called transition zone between the composite and reinforced concrete cross-section was developed. This solution enables a reduction in structural steel consumption and cost optimization without compromising load-bearing capacity. As part of the research, a new generation of composite connection – SRCD (Strong Reinforced Composite Dowel) – was also developed. It uses dense reinforcement to eliminate the brittle concrete failure mechanism known as the pry-out cone. These solutions were tested at full scale and implemented, among others, in the bridge in Gdańsk Sobieszewo and on the S3 expressway.
W pracy przedstawiono rozwój mechanicznych łączników zespalających w stalowo-betonowych konstrukcjach, koncentrując się na pełnym i częściowym zespoleniu belek zginanych. Omówiono różne typy łączników, w tym innowacyjne typu perfobond strip, które eliminują potrzebę spawania łączników, tym samym upraszczając technologię wykonania konstrukcji. Wyniki wskazują, że perfobond strip zapewniają wysoką nośność i odporność na zmęczenie, co czyni je efektywnym rozwiązaniem w nowoczesnym budownictwie.
EN
The paper presents the development of mechanical shear connectors in steel-concrete composite structures, focusing on full and partial interaction in bending beams. Various types of connectors are discussed, including innovative perfobond strip connectors, which eliminate the need for welding and thereby simplify the construction process. The results indicate that perfobond strips offer high load capacity and fatigue resistance, making them an effective solution in modern construction.
Katedra prezentowana w artykule ma charakter typowo konstrukcyjny. Prowadzone w niej prace badawcze dotyczą nie tylko projektowania i kształtowania nowych obiektów inżynierskich, ale również weryfikacji stanu technicznego obiektów już istniejących. Przedmiotem zainteresowania pracowników są przede wszystkim budowle o ustroju nośnym wykonanym ze stali, drewna lub ewentualnie materiałów drewnopochodnych. Mogą to być również konstrukcje zespolone, z elementami typu stal-beton, drewno-beton, a także, w przypadku fasad, panele aluminiowo-szklane. Badane są również obiekty mostowe, zarówno te konstruowane ze stali lub drewna, jak i te wykonane z betonu sprężonego, a także te budowane w technologii prefabrykacji. Proponowane do praktycznego stosowania są opracowywane w katedrze nowoczesne procedury obliczeniowe, weryfikowane numerycznie, z parametrami kalibrowanymi z wykorzystaniem wnioskowania probabilistycznego.
EN
The chair presented in this article is of a typically structural nature. The research work carried out in it concerns not only the design and shaping of new engineering structures but also the verification of the technical condition of existing buildings. The employees are primarily interested in structures with a load-bearing structure made of steel, wood or possibly wood-based materials. These can be also composite structures, with elements such as steel-concrete, wood-concrete, and, in the case of facades, aluminum-glass panels. Bridge structures are also examined, both those constructed of steel or wood, and also those made of prestressed concrete as well as those built using prefabrication technology. Modern calculation procedures developed in this chair are proposed for practical use, verified numerically, with parameters calibrated using probabilistic inference.
W artykule analizowano zachowanie belek zespolonych stalowo-drewnianych z dźwigarami ze środnikami falistymi różniących się rozstawem łączników. W celu wyznaczenia ścieżek równowagi statycznej siła-ugięcie oraz siła-poślizg wykonano analizy numeryczne odwzorowujące próbę czteropunktowego zginania. Drewno klejone warstwowo z fornirów zostało zamodelowane jako materiał ortotropowy, a anizotropowe płynięcie materiału po przekroczeniu granicy plastyczności uwzględniono, stosując funkcję Hilla. Nośność belki zespolonej stalowo-drewnianej o rozstawie łączników 600 mm na długości ścinania była o 8,3% mniejsza od nośności belki o zespoleniu pełnym.
EN
In this paper, the behaviour of steel-timber composite beams with sinusoidal corrugated web girders and different screw spacing were investigated. Four-point bending tests were simulated to study their load versus deflection and load versus slip responses. Laminated veneer lumber was modelled as an orthotropic material and its anisotropic plastic flow after achieving yield strength was captured using the Hill’s function. The bending resistance of the steel-timber composite beam with 600 mm connector spacing in the shear span was 8.3% lower than the bending resistance of the steel-timber composite beam will full composite action.
The possibilities of shaping composite slabs made using corrugated steel sheets are discussed. Technical problems encountered in the design and implementation of the structures of this type are particularly considered. Potential savings in labour costs as well as a possible reduction of CO2 emissions are indicated as well in the case of choosing the solution of this kind. The significant importance of the metal‑concrete shear connection selected for practical use is emphasized. The impact of individual solutions presented in the article both on the associated transport costs and on the construction efficiency is also assessed for comparative purposes. The fire resistance of composite floors is not addressed in this paper due to the comprehensiveness of the subject.
PL
Przedyskutowano możliwości kształtowania stropów zespolonych wykonywanych z użyciem stalowych blach fałdowych. Omówiono problemy techniczne występujące przy projektowaniu i realizacji tego typu konstrukcji. Wskazano potencjalne oszczędności w kosztach robocizny oraz możliwą redukcję emisji CO2 w przypadku wyboru tego rodzaju rozwiązania. Podkreślono istotne znaczenie rodzaju zespolenia blachy z betonem wybranego do praktycznego stosowania. W celach porównawczych dokonano oceny wpływu poszczególnych rozwiązań prezentowanych w artykule, zarówno pod względem kosztów transportu, jak i efektywności budowy. W artykule nie podjęto tematu odporności ogniowej stropów zespolonych z powodu obszerności tego zagadnienia.
Composite bridges made of rolled steel sections with spans of up to approx. 40 meters are increasingly being constructed. Girders may act as simply supported at the stage of concrete deck casting. The paper presents a method for performing a static analysis to ensure the correct solution of the temporary bracings. The necessity of using bracings is shown, along with the limited effectiveness of using only anti‑rotational bracings. The frequent need for horizontal bracings is highlighted.
PL
Coraz częściej budowane są mosty zespolone z kształtowników walcowanych o rozpiętości do ok. 40 m, które na czas betonowania płyty pomostowej pracują jako swobodnie podparte. Przedstawiono sposób wykonywania analizy statycznej prowadzącej do poprawnego doboru układu stężeń i zwymiarowania elementów. Wykazano konieczność stosowania stężeń oraz tylko częściową skuteczność stosowania wyłącznie stężeń antyrotacyjnych i wskazano na częstą konieczność stosowania stężeń poziomych.
W obiektach budowlanych, obecnie bardzo popularnymi konstrukcjami są konstrukcje zespolone, gdzie do przenoszenia sił ściskających wykorzystuje się masywną płytę żelbetową, a siły rozciągające przejmuje kształtownik stalowy. Często wykorzystywane są również płyty zespolone na blachach fałdowych, które pozwalają uniknąć stosowania pracochłonnych i kosztownych deskowań pełnych. Współpraca płyty żelbetowej ze stalowym szkieletem wymusza opracowanie nowych typów połączeń szkieletu stalowego o konstrukcji pozwalającej uzyskać wystarczającą nośność w fazie montażu i pełną nośność przy współpracy z płytą żelbetową. W artykule zamieszczono propozycję węzła stalowego z zastosowaniem stolika montażowego i blachy węzłowej, przeznaczonego do konstrukcji zespolonych, oraz przedstawiono sposoby obliczania jego nośności.
EN
In construction works, composite structures are currently very popular types of structures, where a massive reinforced concrete slab is used to transfer compressive forces, and a steel section takes over the tensile forces. Composite slabs on corrugated sheets are also often used, which allow the use of time-consuming and expensive full formwork to be avoided. The cooperation of a reinforced concrete slab with a steel frame requires the development of new types of steel frame connections with a structure that allows for obtaining sufficient moment resistance during assembly and full moment resistance when working with a reinforced concrete slab. The article presents a proposal for a steel joint using an assembly table and a gusset plate intended for composite structures and methods for calculating its moment resistance.
Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe powstają w wyniku odpowiedniego połączenia stalowych elementów konstrukcyjnych z betonem. Połączenie to powinno umożliwić efektywną współpracę dwóch części składowych konstrukcji. Najczęściej zespolenie oznacza połączenie mechaniczne, przy wykorzystaniu różnego rodzaju łączników mechanicznych. Istnieją wytyczne normowe do projektowania niektórych łączników, m.in. łączników sworzniowych z łbami. Jednak wciąż są wprowadzane nowe typy łączników, które wymagają rozpoznania ich pracy pod obciążeniem statycznym i cyklicznym. Ten drugi rodzaj obciążenia, z uwagi na ogólną tendencję ekonomicznego projektowania obiektów budowlanych, okazuje się istotny dla nośności obiektów budowlanych. W artykule zaprezentowano podejścia obliczeniowe wytrzymałości zmęczeniowej zespolonych stalowo-betonowych konstrukcji budowlanych. Omówiono obowiązujące procedury obliczeniowe, które i tak często nie ujmują całościowo zagadnień związanych z wytężeniem konstrukcji od obciążeń cyklicznych.
EN
Composite steel-concrete structures are created as a result of the proper connection of steel structural elements with concrete. This connection should enable effective collaboration between the two constituent parts of the structure. Most often, composite action involves mechanical connections, utilizing various types of mechanical fasteners. There are standard guidelines for designing certain connectors, including pin connectors with heads. However, new types are still being introduced, requiring an understanding of their performance under static and cyclic loading. The second type of loading, due to the general trend of economically designing civil engineering structures, proves to be significant for the load-bearing capacity of such structures. The article presents computational approaches to the fatigue strength of composite engineering structures. It discusses existing computational procedures, which often do not comprehensively address the issues related to structural fatigue from cyclic loading.
W pracy dokonano porównania technologii żelbetowej monolitycznej i zespolonej stalowo-betonowej na przykładzie wielokondygnacyjnego budynku biurowego. Omówiono wybrane aspekty projektowania tego rodzaju konstrukcji. Przedstawiono analizę porównawczą obejmującą siły wewnętrze, nośność, a także deformacje obu rodzajów konstrukcji. Dokonano także oceny przyjętych rozwiązań pod względem ekonomicznym.
EN
The paper compares monolithic reinforced concrete and steel-concrete composite technology on the example of a multi-storey office building. Selected aspects of the design of this type of structure were discussed. A comparative analysis was presented, including internal forces, load-bearing capacity and deformations of both types of structure. An economic assessment of the solutions adopted was also discussed.
W artykule przedstawiono problem zmian wprowadzonych w ostatnim czasie do Eurokodu 2 w zakresie projektowania betonowych konstrukcji zespolonych. Uwypuklono różnicę pomiędzy dotychczasową normą z 2008 r. i nową normą z 2023 r., która uzyskała już status Polskiej Normy. Wykazano, że wprowadzone zmiany odzwierciedlają wyniki badań eksperymentalnych ostatnich dwudziestu lat. Różnice podejść zostały zilustrowane przykładem obliczeniowym.
EN
The article presents the problem of recently introduced changes to Eurocode 2 in the field of designing concrete composite structures. The difference between the current standard from 2008 and the new standard from 2023, which has already obtained the status of a Polish Standard, was highlighted. It has been shown that the changes introduced reflect the results of experimental research over the last twenty years. The differences in approaches are illustrated with a working example.
Przedmiotem opracowania jest ocena nośności wiaduktu kolejowego. Analizie poddano wiadukt o konstrukcji żelbetowej zbrojony belkami stalowymi. Obiekt znajduje się w okolicach wsi Bukowina w Gminie Dywity, województwo warmińsko-mazurskie. Zasadniczym celem pracy jest ocena nośności mostu, która poprzedzona była przeprowadzeniem inwentaryzacji obiektu. Identyfikacji poddano geometrię konstrukcji oraz zbadano klasę wytrzymałości betonu, z którego wykonano konstrukcję. Przeprowadzono również obliczenia, na podstawie których dokonano oceny nośności badanego wiaduktu. Do obliczeń wykorzystano dwie procedury obliczeniowe: belka obetonowana i przekrój zginany zbrojony wkładkami sztywnymi. W oparciu o przeprowadzoną analizę wykazano, iż pomimo nieestetycznego wyglądu mostu spełnia on wymogi użytkowalności, a jego nośność jest zapewniona.
EN
The subject of the study is the assessment of the loadbearing capacity of a railway viaduct. The analysis involved a viaduct with a reinforced concrete structure, which is strengthened by steel beams. The facility is located near the village of Bukowina in the Dywity Commune, Warmian-Masurian Voivodeship. The main aim of the work is to assess the bridge’s load capacity, which was preceded by an inventory of the facility. The geometry of the structure was identified, and the concrete’s strength class, from which the structure was made, was examined. Calculations were also carried out, based on which the load capacity of the tested viaduct was assessed. Two calculation procedures were used: encased beam and bent cross-section reinforced with rigid inserts. Based on the conducted analysis, it was shown that despite the unattractive appearance of the bridge, it meets usability requirements, and its load-bearing capacity is ensured.
W artykule przedstawiono badania eksperymentalne dotyczące zespolenia pomiędzy betonem zwykłym a betonem lekkim z kruszywem ze spiekanych popiołów lotnych. Parametry zmienne stanowiły: wytrzymałość betonu nadkładu, sposób przygotowania powierzchni oraz stopień zbrojenia styku. Badania potwierdziły wpływ wytrzymałości betonu nadkładu na siły adhezji. Wykazały jednocześnie, że przygotowanie powierzchni zespolenia poprzez bruzdowanie udarowe może prowadzić do uszkodzenia struktury betonu i ograniczyć nośność połączenia. Zachowanie minimalnego stopnia zbrojenia zespalającego według fib Model Code 2010 pozwoliło na uzyskanie ciągliwego zachowania styku, który po zarysowaniu charakteryzował się pewną nośnością rezydualną.
EN
The paper presents the experimental investigations on the connection between ordinary concrete and lightweight concrete with sintered fly ash aggregate. The variable parameters were the strength of the concrete overlay, the surface preparation method and the interface reinforcement ratio. The study confirmed the effect of the strength of the concrete overlay on the adhesive forces. At the same time, they demonstrated that surface preparation by impact grooving can lead to damage to the concrete structure and limit the load carrying capacity of the connection. Maintaining a minimum shear reinforcement ratio according to the fib Model Code 2010 allowed for a ductile behaviour of the elements, which were still characterised by a residual capacity after cracking.
W konstrukcjach obiektów budowlanych w szczególnych przypadkach stosuje się betonowe wzmocnienia ścian wykonanych z elementów murowych. Tradycyjny sposób polega na wprowadzeniu zbrojenia i zabetonowaniu (na całej wysokości ściany) pionowej przerwy między fragmentami muru, po uprzednim jej zaszalowaniu. Istnieje również alternatywna metoda, polegająca na zastosowaniu dedykowanych pustaków ceramicznych z otworem, które dodatkowo pełnią funkcję szalunku traconego dla wprowadzonego słupka żelbetowego. W laboratorium Instytutu Techniki Budowlanej (ITB) podjęto próbę doświadczalnej i numerycznej weryfikacji przypadku oraz określenia ilościowych różnic nośności na ściskanie murów wzmocnionych słupkiem żelbetowym w porównaniu do muru bez takiego wzmocnienia. Wyniki badań doświadczalnych i analiz numerycznych wykazały ok. 12% zmniejszenie wygięcia muru ze wzmocnieniem, przy jednoczesnych zmianach jakościowych rozkładu naprężeń w odniesieniu do modelu bez takiego wzmocnienia.
EN
In the construction of buildings, in special cases, concrete reinforcement of walls made of masonry elements is used. The traditional method consists in introducing reinforcement and concreting (over the entire height of the wall) the vertical gap between the fragments of the wall, after prior boarding it. There is also an alternative method involving the use of dedicated ceramic hollow bricks with a hole, which additionally act as permanent formwork for the introduced reinforced concrete post. In the ITB laboratory, an attempt was made to verify the case experimentally and numerically, and to determine the quantitative differences in the compressive load capacity of walls with a reinforced concrete column compared to a wall without such reinforcement. The results of experimental tests and numerical analyzes showed an approx. 12% reduction in the deflection of the wall with reinforcement, with simultaneous qualitative changes in the stress distribution in relation to the model without such reinforcement.
W pracy przedstawiono badania próbek zespolonych z powierzchnią prefabrykatu z wrębami oraz referencyjnych elementów monolitycznych. Na podstawie wyników badań laboratoryjnych wykonano modele numeryczne, które posłużyły do analizy sposobu zniszczenia złącza. Przeprowadzono analizę porównawczą efektywności złącza badanych elementów z modelami numerycznymi oraz wynikami badań dostępnymi w literaturze. Badania i analizy wykazały, że zniszczenie złącza nastąpiło przez ścięcie wrębów, poprzedzone zerwaniem adhezji w styku. Nośność złącza uzależniona jest od geometrii próbek oraz sposobu ich obciążenia.
EN
The paper presents tests of composite specimens with the indented surface element and reference monolithic elements. Based on the results of laboratory tests, numerical models were made, which were used for further analysis of the interface cracking. A comparative analysis of the effectiveness of the notches of the tested elements with numerical models and the results of research available in the literature was carried out. Testing and analysis showed that the failure of the joint occurred by notch shear, preceded by adhesion rupture at the interface. The bearing capacity of interface between the concrete depends on the specimens’ geometry and the way they are loaded.
The study presents the finite element (FE) model update of the existing simple-spans steel-concrete composite bridge structure using a particle swarm optimisation (PSO) and genetic algorithm (GA) approaches. The Wireless Structural Testing System (STS-WiFi) of Bridge Diagnostic, Inc. from the USA, implemented various types of sensors including: LVDT displacement sensors, intelligent strain transducers, and accelerometers that the static and dynamic historical behaviors of the bridge structure have been recorded in the field testing. One part of all field data sets has been used to calibrate the cross-sectional stiffness properties of steel girders and material of steel beams and concrete deck in the structural members including 16 master and slave variables, and that the PSO and GA optimisation methods in the MATLAB software have been developed with the new innovative tools to interface with the analytical results of the FE model in the ANSYS APDL software automatically. The vibration analysis from the dynamic responses of the structure have been conducted to extract four natural frequencies from experimental data that have been compared with the numerical natural frequencies in the FE model of the bridge through the minimum objective function of percent error to be less than 10%. In order to identify the experimental mode shapes of the structure more accurately and reliably, the discrete-time state-space model using the subspace method (N4SID) and fast Fourier transform (FFT) in MATLAB software have been applied to determine the experimental natural frequencies in which were compared with the computed natural frequencies. The main goal of the innovative approach is to determine the representative FE model of the actual bridge in which it is applied to various truck load configurations according to bridge design codes and standards. The improved methods in this document have been successfully applied to the Vietnamese steel-concrete composite bridge in which the load rating factors (RF) of the AASHTO design standards have been calculated to predict load limits, so the final updated FE model of the existing bridge is well rated with all RF values greater than 1.0. The presented approaches show great performance and the potential to implement them in industrial conditions.
Celem pracy była analiza numeryczna modelu belki zespolonej z nowatorskim kształtem łącznikiem w postaci wyciętego środnika. Rozpatrywany model może mieć zastosowanie jako zespolony podciąg stropowy lub dźwigar mostowy. Badany rodzaj łącznika był odpowiednio wyprofilowaną częścią środnika kształtownika stalowego. Pierwsza część pracy polegała na analitycznym zaprojektowaniu belki zespolonej. Dobrano przekrój gorącowalcowany z połowy kształtownika gorącowalcowanego HEB. Druga część pracy polegała na zamodelowaniu belki zespolonej. Geometrię belki, obciążenie oraz warunki brzegowe zastosowano takie, jak w części pierwszej pracy. Analizę numeryczną przeprowadzono za pomocą programu ADINA System opartego na metodzie elementów skończonych. Profil stalowy HEB i płytę żelbetową zamodelowano za pomocą elementów typu 3D Solid, natomiast pręty zbrojeniowe zamodelowano za pomocą elementów typu truss. Dokonano oceny naprężeń i odkształceń w elemencie stalowym i betonowym, rozkładu sił w prętach zbrojenia oraz zarysowania betonu.
EN
The focus of the study was on the numerical analysis of the model of the beam integrated with the innovative shape of connector in the form of the cut-out web. The model can be used as an integrated binding joist or bridge girder. This type of connector was a specifically shaped part of the web of the steel section. The first part of the study was focused on the analytical design of the integrated beam. A hot-rolled cross-section was chosen from the half of the hot-rolled HEB section. The second part of the study was modelling of the integrated beam. Beam geometry, load and boundary conditions were used as in the first part of the study. ADINA software, based on the finite elements method, was used for numerical analysis. The HEB steel section and the reinforced concrete slab were modelled by means of 3D Solid elements, whereas the rein-for cement bars were modelled using truss type elements. The stresses and strain in the steel and concrete elements, distribution of forces in reinforcement bars and concrete cracking were evaluated.
W artykule przedstawiono zastosowanie drewna klejonego warstwowo z fornirów LVL w budownictwie. Opisano konstrukcje drewniane, drewniano-betonowe, stalowo-drewniane oraz aluminiowo-drewniane, w których zastosowano elementy z drewna klejonego warstwowo z fornirów LVL.
EN
The authors of this paper present an application of laminated veneer lumber (LVL) in civil engineering. Timber, timber-concrete, steel-timber, and aluminium-timber structures with LVL elements are described.
Przedstawiono prace naukowe, badawcze i wdrożeniowe prowadzone na Wydziale Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej. Podsumowano ich zakres oraz wskazano przewidywane, dalsze kierunki rozwoju stalowo-betonowych konstrukcji zespolonych, w tym konstrukcji hybrydowych z nową generacją łączników typu SRCD.
EN
The following paper discusses scientific, research and implementation works carried out at the Faculty of Civil Engineering, Wrocław University of Science and Technology. The scope of the research is summarised and further directions of development of steel-concrete composite structures are indicated, including hybrid structures with a new generation of SRCD connectors.
The paper presents analysis of effect of structural soil backfill parameters on load capacity of culvert made as buried flexible steel structure. The work is divided into two parts. The first part is devoted to the assumptions of the Sundquist-Pettersson method. The principles of the analysis of the structure in terms of ultimate limit strength, serviceability and fatigue in permanent and temporary calculation situations are described. The second part presents a design example of a soil steel composite bridge in the form of a closed profile culvert made of MulitiPlate-type corrugated sheet. The static and strength calculations were conducted according to the Sundquist-Pettersson method and the guidelines presented in the Eurocodes. According to the guidelines, the value of the backfill tangent modulus was determined using the simplified (A) and precise (B) methods. It was found that the modulus values determined by the simplified method were about three times lower than for the exact method, leading to very conservative, uneconomical results. The structural calculations using the tangent modulus determined by the simplified method, indicated that the load capacity of the structure was exceeded, regardless of the thickness of the backfill used (in the range from 0.5 to 5 m). The use of the tangent modulus determined using the precise method resulted in a significant reduction in stress to bearing capacity ratio of analysed parameters. Similar reduction was observed with the increase in the thickness of the backfill.
PL
Nośność konstrukcji zespolonych stalowo-gruntowych określana jest przy założeniu współpracy powłoki z otaczającą ją zasypką inżynierską. Wynikiem tej współpracy jest powstanie zjawiska przesklepienia, czyli redukcji nacisku gruntu na powierzchnię ścianki. Aktualnie wiodącą metodą obliczania i wymiarowania tego typu konstrukcji jest metoda Sundquista-Petterssona, w pełni przystosowana do wymagań stawianych przez Eurokody. Przedmiotem pracy jest wykorzystanie metody Sundquista-Petterssona do oceny nośności przepustu o konstrukcji zamkniętej, wykonanego z blachy falistej typu MultiPlate, ze stali gatunku S235J2G3. Określono wpływ wysokości zasypki inżynierskiej oraz modułu stycznego gruntu na wytężenie konstrukcji. Analizie poddano: • w stanach granicznych nośności: mechanizm powstania przegubu plastycznego, przekształcenia konstrukcji w łańcuch kinematyczny, nośność konstrukcji w dolnej części oraz nośność złączy śrubowych ze względu na: ścinanie, rozciąganie, interakcję ścinania i rozciągania; • w stanach granicznych użytkowalności: uplastycznienie ścianki konstrukcji w fazie eksploatacji obiektu; • w stanach granicznych zmęczenia: blachy falistej, złączy śrubowych, ze względu na ścinanie, rozciąganie i ich interakcję. Obliczenia przeprowadzono z wykorzystaniem programów Excel i MathCad. Analiza zmęczenia konstrukcji została przeprowadzona na podstawie uproszczonej metody tzw. współczynników lambda. Zakres zmienności naprężeń od pojedynczego przejazdu uproszczonego modelu obciążenia zmęczeniowego wyznaczono na podstawie metody Sundquista-Petterssona. Następnie zakres ten został zmodyfikowany, poprzez sumowanie składowej rozciągającej oraz 60% składowej ściskającej. Współczynnik równoważności uszkodzeń dla mostów drogowych wyznaczono przy założeniu, że: kategoria ruchu na obiekcie to droga główna z małym udziałem potoku samochodów ciężarowych; czas użytkowania mostu przyjęto jak dla klasy konstrukcji S5 równy 100 lat. Zgodnie z wytycznymi wyznaczono wartość stycznego modułu sztywności zasypki metodą uproszczoną (A) i dokładną (B). Stwierdzono, że wartości modułu wyznaczone metodą uproszczoną były około trzykrotnie niższe niż w przypadku metody dokładnej, prowadząc do bardzo konserwatywnych, nieekonomicznych wyników wymiarowania. W analizowanym przypadku wyniki wymiarowania z zastosowaniem modułu wyznaczonego zgodnie z metodą uproszczoną każdorazowo wskazywały na przekroczenie nośności konstrukcji, niezależnie od zastosowanej grubości zasypki (w zakresie od 0.5 do 5m). Wykorzystanie do wymiarowania modułu stycznego, określonego za pomocą metody dokładnej, powodowało znaczne ograniczenie obliczonego wytężenia konstrukcji. Przepust już dla grubości naziomu nieznacznie przekraczającej 1 m został zaprojektowany poprawnie. Zwiększająca się grubość zasypki inżynierskiej powodowała zazwyczaj zmniejszenie wytężenia - na skutek zmniejszania wartości momentów zginających od obciążeń ruchomych. Wyjątek stanowią warunek nośności dolnej części konstrukcji i nośność na ścinanie złączy śrubowych, których wartości w dużej mierze zależne są od wielkości siły normalnej. Zauważyć należy również, że dla niektórych krzywych po początkowym spadku wytężenia następuje jego wzrost. Przyczyną takiego zachowania jest zmiana znaku maksymalnego momentu zginającego, którego wartość była coraz bardziej zależna od ciężaru warstw gruntu zalegających powyżej klucza konstrukcji. W stanach granicznych nośności dla analizowanego obiektu kluczowymi elementami wpływającymi na zapewnienie nośności przepustu są warunki uwzględniające możliwości powstania mechanizmu przegubu plastycznego w przekroju najbardziej wytężonym oraz przekształcenia konstrukcji w łańcuch kinematyczny. Uplastycznienie ścianki konstrukcji w stanie granicznym użytkowalności stało się istotne w przypadku, gdy moduł styczny gruntu wyznaczono za pomocą metody uproszczonej.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.