Thermal stresses from one-sided heating of asymmetric composite span

• Autorzy: Karlikowski J.

Warianty tytułu

PL

Naprężenia termiczne od jednostronnego ogrzania niesymetrycznego przęsła zespolonego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this paper is to determine thermal stresses in a span of a railway bridge of steel-concrete composite structure. It is a simple-supported span with two main girders. One of the steel girders is heated considerably, that leads to elongation, bending and torsion of the entire span as well as formation of normal thermal normal stresses. This article presents a solution to this problem for a temperature distribution in the section of the heated girder as shown in Fig. 2b. It has been assumed that the temperature distribution does not change along the span length. The span has been treated as a thin-walled bar with asymmetric non-deformable open section. A general formula for normal thermal stresses has been developed (2.5)2 as well as relationships presenting geometrical thermal characteristics of the section (5.10). Function Beta(x) characterizing the torsional stress distribution along the span length has been determined and an analytical program has been developed. An example of analytical results also has been included in this article. The model of a thin-walled bar leads to a thermal stress distribution in the slab which differs considerably from the stress distribution from the model of a plane beam, which is commonly used for analysis. Including torsion in the analysis has a significant impact on the thermal stress distribution in the cross-section of the span. It also causes the stresses to change along the length of the span, despite the uniform temperature distribution in all cross-sections.

PL

Przedmiotem artykułu jest określenie naprężeń termicznych w przęśle mostu kolejowego o konstrukcji zespolonej typu stal-beton. Jest to przęsło swobodnie podparte o dwóch dźwigarach głównych. Jeden dźwigar stalowy został silnie ogrzany. Powoduje to wydłużenie, zginanie i skręcanie całego przęsła oraz powstanie termicznych naprężeń normalnych. W artykule rozwiązano ten problem przy rozkładzie temperatury w przekroju ogrzanego dźwigara pokazanym na rys. 2b. Założono, że rozkład ten nie zmienia się na długości przęsła. Przęsło potraktowano jak pręt cienkościenny o niesymetrycznym, nie odkształconym przekroju otwartym. Wyprowadzono wzór ogólny do określenia termicznych naprężeń normalnych (2.5)2 oraz zależności przedstawiające geometryczne charakterystyki termiczne przekroju (5.10). Określono funkcję Beta(x), która charakteryzuje rozkład naprężeń od skręcania na długości przęsła. Opracowano program obliczeniowy, w artykule zamieszczono wyniki przykładowych obliczeń. Zastosowany model pręta cienkościennego daje rozkłady naprężeń termicznych wyraźnie inne niż stosowany zwykle w obliczeniach model belki płaskiej. Uwzględnienie skręcania ma istotny wpływ na rozkład naprężeń termicznych w przekroju poprzecznym przęsła. Powoduje też, że naprężenia zmieniają się na długości przęsła mimo stałego rozkładu temperatur we wszystkich przekrojach poprzecznych.

Słowa kluczowe

EN

composite bridge; asymmetric cross-section; thermal stresses; bending; constrained torsion

PL

naprężenie termiczne; ogrzanie jednostronne; przęsło niesymetryczne; przęsło zespolone; most kolejowy; zginanie; skręcanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 51, nr 4
• Strony: 609--628
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Karlikowski J.

• University of Technology, Institute of Civil Engineering, Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. E. BARBRE, K. J. PITTNER, Experimentalle Untersuchungen an der neuen Weserbrucke in Hameln, Stahlbau,9, 257-269, 1978.
• 2. D. W. BYCZKOW, Stroitelnaja mechanika sterżnewych tonkostennych konstrukcii, Moskwa 1962.
• 3. Z. CYWIŃSKI, Techniczna teoria prętów cienkościennych o zmiennych, otwartych przekrojach złożonych, ZN Politechniki Gdańskiej, Budownictwo Lądowe, 18, 134, 1968.
• 4. R. DĄBROWSKI, Zum Problem der gleichzeitigen Biegung und Torsion dunnwandiger Balken, Der Stahlbau, 4, 104-111,1960.
• 5. W. DILGER, A. GHALI, M. CHAN, M. S. CHEUNG, M. A. MAES, Temperature stresses in composite box girder bridges, Journal of Structural Engineering, 109, 6, 1460-1478, 1983.
• 6. M. C. Fu, S. F. NG, M. S. CHEUNG, Thermal behavior of composite bridges, Journal of Structural Engineering, 116, 12, 3302-3323, 1990.
• 7. K. FURTAK, Mosty zespolone, PWN, Warszawa-Kraków 1999.
• 8. J. KARLIKOWSKI, Naprężenia normalne przy różnych rozkładach temperatur na wysokości dźwigara zespolonego, Konferencja Naukowo-Techniczna "Mosty zespolone", 154-162, Kraków 1998.
• 9. J. KARLIKOWSKI, A. MADAJ, W. WOŁOWICKI, Mostowe konstrukcje zespolone stalowo-betonowe, WKiŁ, Warszawa 2003.
• 10. J. B. KENNEDY, M. H. SOLIMAN, Temperature distribution in composite bridges, Journal of Structural Engineering, 3, 475-482, 1987.
• 11. C. F. KOLLBRUNNER, N. HAJDIN, Dunnwandige Stabe. Band I. Springer- Verlag. Berlin -Heidelberg -New York 1972.
• 12. S. PlECHNIK, Pręty cienkościenne. Część I - Pręty o profilu otwartym, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 1992.
• 13. B. PIŁAT, M. J. WASILEWSKi, Tablice całek, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1983.
• 14. J. RIMAL, J. STUDNlCKA, Mereni teploty na sprazenem ocelobetonovem moste, Inżenyrske Stavby, 3, 118-121, 1982.
• 15. J. RUTECKI, Wytrzymałość konstrukcji cienkościennych, PWN, Warszawa 1957.
• 16. N. N. STRELECKI, Stależelezobetonnye mosty, Transport, Moskwa 1981.
• 17. H. ZOBEL, Naturalne zjawiska termiczne w mostach, WKiŁ, Warszawa 2003