Live load transverse distribution in a road slab-girder bridge made of FRP composite girders

• Autorzy: Rajchel M. , Siwowski T.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.017.009

Warianty tytułu

PL

Rozdział poprzeczny obciążeń ruchomych w belkowo-płytowym moście drogowym z dźwigarami kompozytowymi FRP

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę parametrów rozdziału poprzecznego obciążenia ruchomego dla przęsła mostu drogowego, zbudowanego z czterech dźwigarów kompozytowych FRP o przekroju skrzynkowym i zespolonej płyty pomostu z betonu lekkiego. Parametry wyznaczono doświadczalnie oraz obliczeniowo, stosując model płyty ortotropowej ujęty w rozwiązaniu Cusensa-Pamy i model numeryczny MES. Zmierzone wartości współczynników rozdziału poprzecznego obciążenia oraz linie wpływowe zostały wyznaczone podczas badania mostu pod obciążeniem. Porównanie zmierzonych oraz wyznaczonych obliczeniowo współczynników rozdziału poprzecznego obciążenia przedstawiono na podstawie analizy ugięć dźwigarów w przekroju miarodajnym w środku rozpiętości przęsła mostu. W wyniku porównania wykazano, że zarówno analityczny model przęsła w postaci płyty ortotropowej, jak również numeryczny powłokowo-bryłowy model MES dają dużą zgodność rozdziału poprzecznego obciążenia z rozdziałem uzyskanym z pomiarów. Ponadto analizy obliczeniowe i badania wykazały wystarczającą sztywność giętną i dużą skrętną (konstrukcja mostu zalicza się do grupy o małej sztywności ogólnej k = 300 kN/mm) przęsła mostu potwierdzając, że dźwigary kompozytowe FRP wykorzystane do jego budowy mogą być pełnowartościową alternatywą dla stosowanych powszechnie w budownictwie mostowym dźwigarów z betonu i stali.

EN

The paper presents an analysis of the parameters of live load transverse distribution in the span of a road bridge that is made of four box FRP composite girders and a composite deck slab made of lightweight concrete. The parameters were determined experimentally and computationally using the orthotropic plate model included in the Cusens-Pam solution and also the numerical FEM model. The measured values of load transverse distribution factors and influence lines were determined during bridge load testing. A comparison of the measured and calculated load transverse distribution factors is shown on the basis of the analysis of the girders' deflection in their cross-section in the middle of the bridge span. As a result of this comparison, it was proved that the analytical model of the orthotropic plate and also the numerical shell-solid FEM model have a high compliance of load transverse distribution with the distribution obtained from the measurements. In addition, computational analysis and tests showed a sufficient flexural rigidity and high torsional rigidity of the bridge span (the bridge construction belongs to a group of structures with a low overall rigidity of k = 300 kN/mm), confirming that the FRP composite girders that were used for its construction can be an alternative to the concrete and steel girders that are commonly used in the construction of bridges.

Słowa kluczowe

PL

analiza porównawcza; badania mostu; dźwigar kompozytowy FRP; MES; most drogowy; rozdział poprzeczny obciążenia

EN

comparative analysis; FEM; FRP composite girder; live load transverse distribution; load test; road bridge

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 16, no. 2
• Strony: 131--145
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rajchel M.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury, Zakład Dróg i Mostów, ul. Poznańska 2, 35-084 Rzeszów

autor

Siwowski T.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury, Zakład Dróg i Mostów, ul. Poznańska 2, 35-084 Rzeszów

Bibliografia

• 1. Westergaard, H.M.: Computations of stresses in bridge slabs due to wheel loads. Public Roads, 11, 1, 1930, 1-23
• 2. Courbon J.: Calcul des ponts á poutres multiples solidarisëes par des entretoises. Annales des Ponts et Chaussëes, mëmoires et documents relative á I'art des constructions au service de I’ingënieur, 17, 1940, 293-322
• 3. Karaś S.: O metodzie Courbona. Drogownictwo, LXVI, 5, 2011, 172-176
• 4. Leonhardt F.: Die vereinfachte Berechnung zweiseitig gelagerter Trägerroste. Ernst & Sohn, 1939
• 5. Guyon Y.: Calcul des ponts larges a poutres multiples solidarisees par les entretoises. Annales des Ponts et Chaussees, 24, 1946, 553-612
• 6. Massonnet Ch.: Méthode de calcul des ponts á poutres multiples tenant compte de leur re-sistance á la torsion. International Association for Bridge and Structural Engineering, 1950
• 7. Bareš R., Massonnet Ch.: Analysis of Beam Grids and Orthotropic Plates by the Guyon - Massonnet - Bareš Method. Crosby Lockwood & Son Ltd, SNTL, 1968
• 8. Cusens A.R., Pama R.P.: Analiza statyczna pomostów. WKiŁ, Warszawa, 1981
• 9. Hołowaty J.: Numeryczny sposób rozdziału obciążeń ruchomych w mostach drogowych. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 9, 4, 2010, 29-46
• 10. Machelski C.: Parametry rozdziału poprzecznego obcią- żeń w mostach. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 13, 2, 2014, 131-143
• 11. Barr P., Eberhard M., Stanton J.: Live-Load Distribution Factors in Prestressed Concrete Girder Bridges. Journal of Bridge Engineering, 6, 5, 2001, 298-306
• 12. American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO. LRFD bridge design specifications, Washington, DC, 2005
• 13. Murat D., Semih E.: Live Load Distribution Formulas for Single-Span Prestressed Concrete Integral Abutment Bridge Girders. Journal of Bridge Engineering, 14, 6, 2009, 472-486
• 14. Ziehl P., Engelhardt M., Fowler T., Ulloa F., Medlock R., Schell E.: Design and Field Evaluation of Hybrid FRP/Reinforced Concrete Superstructure System. Journal of Bridge Engineering, 14, 5, 2009, 309-318
• 15. Zoghi M.: The International Handbook of FRP Composites in Civil Engineering. Boca Raton. CRC Press, Taylor & Francis Group LLC, 2014
• 16. Siwowski T., Rajchel M.: Kształtowanie mostowych dźwigarów hybrydowych typu „kompozyt FRP - beton”. Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, 63, 2, 2016, 307-320
• 17. Chen Y., Ziehl P.H., Harrison K.W.: Experimental characterization and optimization of hybrid FRP/RC bridge superstructure system. Journal of Bridge Engineering 14, 1, 2009, 45-54
• 18. Kitane Y., Aref A.: Static and fatigue testing of hybrid fiber-reinforced polymer - concrete bridge superstructure. Journal of Composites for Construction, 8, 2, 2004, 182-190
• 19. Siwowski T., Rajchel M., Kaleta D., Własak L.: Pierwszy w Polsce most drogowy z kompozytów FRP. Inżynieria i Budownictwo, 72, 10, 2016, 534-538
• 20. Siwowski T., Kaleta D., Kulpa M.: Projekt pierwszego polskiego mostu drogowego z kompozytów FRP. Inżynieria i Budownictwo, 71, 9, 2015, 465-470
• 21. Szczygieł J.: Mosty z betonu zbrojonego i sprężonego. WKiŁ, Warszawa, 1978
• 22. Machelski C.: Obliczanie mostów z belek prefabrykowanych. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2006
• 23. JRC Science for Policy Report. Prospect for new guidance in the design on FRP. Support to the implementation, harmonization and failure development of the Eurocodes, 2016