Behaviour of the steel box-type culvert during backfilling

• Autorzy: Korusiewicz L. , Kunecki B.

Warianty tytułu

PL

Zachowanie się skrzynkowego przepustu stalowego w procesie zasypywania gruntem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Corrugated steel culverts are increasingly used in road and railway projects as alternative solutions to small bridges and tunnels. This paper describes full-scale tests of the corrugated steel "box" type culvert with a span of 3.55 m and a height of 1.62m. The corrugation pattern was 150 × 50 mm and the steel thickness was 5 mm. Two concrete strip foundations were laid under each end of the arch. The structure was tested during backfilling. Deformations and strains of the steel structure were measured while installing culvert after each layer of 25-30 cm thickness was compacted. In order to specify displacements and stresses in the steel structure, three inductive gauges and twenty two strain gauges were installed on the inside surface of the culvert. The presented tests were carried out at the Road and Bridge Research Institute, Poland, for Via-Con Company, the Norwegian culvert producer. Several full-scale tests hale been done in the field to validate the long-term performance and great load bearing capacity of these structures. In contrast to that, only few tests of life-size structures have been performed under fully controlled laboratory conditions like the one in Poland. A nonlinear finite element analysis of the soil?structure system was carried out in order to simulate behaviour of the structure during backfilling. A detailed description of the finite elements used in the analysis is provided. The obtained experimental results were compared with the structure response computed using the FEM. The measured and the computed results are shown in tables and graphs.

PL

Przepusty stalowe z blachy falistej w coraz większym stopniu są wykorzystywane w projektach kolejowych i drogowych, jako alternatywne rozwiązanie dla małych mostów i tuneli. W artykule przedstawiono badania w skali naturalnej skrzynkowego przepustu stalowego o rozpiętości 3,55 m i wysokości 1,62 m. Grubość blachy o fali 150 × 50 mm wynosiła 5 mm. Przepust, wsparty na dwóch betonowych ławach fundamentowych, badany był podczas zasypywania go gruntem. Deformacje i odkształcenia stalowej konstrukcji mierzono po położeniu i zagęszczeniu każdej warstwy gruntu o grubości 25-30 cm. Dla określenia przemieszczeń i naprężeń w powłoce stalowej wykorzystano trzy indukcyjne czujniki drogi i dwadzieścia dwa czujniki tensometryczne, które umieszczono po wewnętrznej stronie przepustu. Przedstawione badania wykonano w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów na zlecenie norweskiej firmy Via-Con. Pewna ilość badań polowych tego typu konstrukcji wykonana była w celu wykazania ich długiej żywotności i dużej wytrzymałości (nośności). W przeciwieństwie do badań polowych, w pełni kontrolowane badania laboratoryjne przepustów w skali naturalnej wykonywane były bardzo rzadko. Dodatkowo przeprowadzono analizę zachowania się układu grunt-przepust stalowy z wykorzystaniem obliczeń metodą elementów skończonych. Opisano szczegółowo rodzaje elementów skończonych wykorzystanych w analizie. Otrzymane wyniki badań doświadczalnych porównano z wynikami obliczeń numerycznych. Wyniki pomiarów i obliczeń przedstawiono w sposób graficzny oraz w tabelach.

Słowa kluczowe

EN

corrugated steel culvert; full-scale test; backfilling; deformations; FEM

PL

falisty stalowy przepust; deformacje; mosty; tunele

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, no 3
• Strony: 637--650
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Korusiewicz L.

autor

Kunecki B.

• Wrocław University of Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Bayoglu Flener E.: Response of long-span box type soil-steel composite structures during ultimate loading tests, J. Bridge Engrg., Vol. 14, No. 6, 2009, pp. 496-506.
• [2] Bayoglu Flener E., Sandquist H.: Full-scale testing of two corrugated steel box culverts with different crown stiffness, Archives of Institute of Civil Engineering, No. 1, 2007, pp. 35-44.
• [3] Byrne P.M., Srithar T., Kern C.B.: Field measurements and analysis of a large-diameter flexible culvert, Can. Geotech. J., No. 30, 1993, pp. 135-145.
• [4] Janusz L., Madaj A.: Obiekty inżynierskie z blach falistych. Projektowanie i wykonawstwo, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2007.
• [5] Janusz L., Madaj A., Sturzbecher K.: Railway grade separation made of corrugated steel plate structure - long term research, Archives of Institute of Civil Engineering, No. 1, 2007, pp. 99-108.
• [6] Korusiewicz L., Kunecki B.: On boundary conditions in experimental and numerical models of steel culverts, 8th International Conference: Shell Structure-Theory and Applications, Jurata, Poland, 2005, pp. 573-576.
• [7] Kunecki, B.: Full-scale laboratory static tests of steel corrugated pipe-arch culvert, 8th International Conference: Shell Structure - Theory and Applications, Jurata, Poland, 2005, pp. 589-593.
• [8] Kunecki B.: Behaviour of orthotropic buried arch shells under static and dynamic live load, PhD thesis. Report no. 14/2006, Wrocław University of Technology, Institute of Building Engineering, Wroclaw, Poland, 2006.
• [9] Kunecki B., Kubica E.: Full-scale laboratory tests and FEM analysis of corrugated steel culverts under standardized railway load, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 4, No. 4, 2004, pp. 41-53.
• [10] Machelski Cz.: Modelowanie mostowych konstrukcji gruntowo-powłokowych, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2008.
• [11] Pettersson L.: Full scale tests and structural evaluation of soil steel flexible culverts with low height of cover, Doctoral Thesis in Civil and Architectural Engineering, KTH, Stockholm, Sweden, 2007.
• [12] Vaslestad J.: Long-term behaviour of flexible large-span culverts, Publication No. 74, Norwegian Public Roads Administration, Oslo, 1994, pp. 38-56.
• [13] Vaslestad J., Korusiewicz L., Wysokowski A.: General description of static and dynamic testing of instrumented steel culvert, 5th International Conference - Durable and Safe Road Pavements. Kielce, Poland, 1999, pp. 215-221.
• [14] Wysokowski A., Vaslestad J.: Full scale fatigue testing of large-diameter multi-plate corrugated steel culverts, Archives of Civil Engineering, Vol. 48, No. 1, 2002, pp. 31-57.