Modelling of foundation stiffness beneath intermediate support of 178 m long integral viaduct

• Autorzy: Helowicz Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.149867

Warianty tytułu

PL

Modelowanie sztywności podłoża gruntowego pod podporą pośrednią wiaduktu zintegrowanego o długości 178 m

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents three methods of modelling of foundation stiffness beneath intermediate support of a 178 m long integral box girder viaduct and its impact on the values and distribution of displacements and internal forces in the pier of this support. The pier support is made of cast in situ reinforced concrete of strength class C50/60. For the analysis, three models were built in Abaqus FEA software. The first model A3D in Fig. 1 represents a complex three-dimensional model. The second L2D and the third H2D model shown in Fig. 2 represent simple two-dimensional models. The stiffness of the subgrade beneath the structure in the second and third model was modelled as spring constants calculated based on the equations given in the reference [8] model L2D and [10] model H2D. The middle range value of Young’s modulus for sand and gravel was used to calculate the subgrade stiffness parameters. In all models, a horizontal displacement in the Y direction of value 20 mm and a vertical force of value 18200 kN were applied to the top of the pier support. The horizontal displacement was caused by the thermal longitudinal expansion of the six-span viaduct deck and the braking force. The vertical force was caused by the dead, superimposed, and live loads acting on the viaduct deck. Finally, the values and distributions of displacements and internal forces in the pier support from the complex model were compared with the values in two simple models. The author focuses on the method of modelling of foundation stiffness of the pier support and its impact on the values of displacements and internal forces in the pier support. A similar structure analysed in this paper was design-checked by the author in Ireland [4].

PL

W artykule przedstawiono trzy metody modelowania sztywności podłoża gruntowego pod podporą pośrednią wiaduktu zintegrowanego i analizę wpływu sposobu modelowania na wartości i rozkład przemieszczeń oraz sił wewnętrznych w filarze tej podpory. Wiadukt zintegrowany zdefiniować można, jako wiadukt, którego przęsło jest monolitycznie połączone z podporami pośrednimi i ścianami przyczółków i którego konstrukcja, w skutek oddziaływań termicznych i obciążeń zmiennych od ruchu pojazdów i pieszych, współpracuje z otaczającym ją gruntem. Obiekt taki nie wymaga zastosowania łożysk mostowych i prawie nigdy dylatacji mechanicznych lub płyt przejściowych. Prowadzi to do oszczędności finansowych przy ich budowie i ich eksploatacji. W analizie dotyczącej wpływu sposobu modelowania podłoża gruntowego pod podporą pośrednią założono, że filar i stopa fundamentowa zbudowane są z betonu zbrojonego klasy C50/60. Wartość modułu Younga wynoszącą 37 GPa i współczynnika Poissona 0,2 dla betonu przyjęto według Eurokodu 2. Analizowany filar jest monolitycznie połączony ze stopą fundamentową i przęsłem wiaduktu o przekroju skrzynkowym. Filar posadowiony jest bezpośrednio na gruncie i jest on ostatnim z pięciu podpór pośrednich przenoszących sześcioprzęsłowy wiadukt zintegrowany o długości 178 m. W analizie założono, że konstrukcja wiaduktu współpracuje z otaczającym go gruntem na skutek efektów termicznych i różnych obciążeń stałych i zmiennych.

Słowa kluczowe

EN

modelling; integral viaduct; intermediate support; pier; foundation stiffness

PL

modelowanie; wiadukt zintegrowany; podpora pośrednia; filar; sztywność podłoża

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 2
• Strony: 343--355
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Helowicz Andrzej

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Civil Engineering, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9527-1281

Bibliografia

• [1] A. Helowicz, “Wiadukty zintegrowane jednoprzęsłowe z prefabrykowanych dźwigarów sprężonych”, presented at The 61 Scientific Conference, Bydgoszcz-Krynica Zdrój, Poland, Sep. 2015.
• [2] A. Helowicz, “Mosty zintegrowane z prefabrykowanych dzwigarów sprężonych – doświadczenie projektanta”, presented at The Scientific and Technical Conference Prestressed and Post-tension Concrete Structures, Kraków, Poland, 16-17 April, 2015.
• [3] A. Helowicz, “Mostowe obiekty systemu Matière – doświadczenia projektanta”, presented at The 62 Scientific Conference – Bydgoszcz-Krynica Zdrój, Sep. 2016.
• [4] A. Helowicz, “Wieloprzęsłowe wiadukty zintegrowane z przęsłami skrzynkowymi – doświadczenie projektanta”, Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, vol. 16, no. 3, pp. 107-117, 2017. [Online]. Available: https://www.architectura.actapol.net/tom16/zeszyt3/16_3_107.pdf. [Accessed: 01. Aug. 2023].
• [5] A. Helowicz, “Designing of small integral bridges and culverts – Designer experience”, presented at The 65 Scientific Conference – Bydgoszcz-Krynica Zdrój, Sep. 2019.
• [6] A. Helowicz, “Integral bridge and culvert design, Designer’s experience”, Open Engineering, vol. 10, no. 1, 2020, doi: 10.1515/eng-2020-0059.
• [7] A. Helowicz, “Impact of subgrade and backfill stiffness on values and distribution of bending moments in integral box bridge”, Studia Geotechnica et Mechanica, vol. 43, no. 2, pp. 90-98, doi: 10.2478/sgem-2021-0001.
• [8] T.W. Lambe and R.V. Whitman, Soil mechanics. New York, USA: John Wiley, 1969.
• [9] F.E. Richart, J.R. Hall, and R.D. Woods, Vibrations of soils and foundations. New Jersey, USA: Prentice-Hall, 1970.
• [10] E.C. Hambly, Bridge deck behaviour, 2nd ed., London and New York: E & FN Spon, 1991.
• [11] D.D. Barkan, Dynamic of bases and foundation. New York, USA: McGraw-Hill Book Company, 1962.
• [12] M.I. Gorbunov-Possadov and R.V. Serebrjanyi, “Design of structures on elastic foundations”, presented at The 5th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Paris, France, 1961.
• [13] Abaqus FEA Software, “Abaqus analysis user’s manual”, Version 2016, Dassault Systemes. [Online]. Available: http://130.149.89.49:2080/v2016/index.html. [Accessed: 01. Aug. 2023].
• [14] PN-EN 1992-1-1 Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. PKN, 2008.
• [15] BA42/96:2003 The Design of Integral Bridges. Design Manual for Roads and Bridges, Vol. 1, Section 3, Part 12. London, UK: The Stationery Office, 2003.
• [16] BD37/01:2001 Loads for Highway Bridges. Design Manual for Roads and Bridges, Vol. 1, Section 3, Part 14. London, UK: The Stationery Office, 2001.