Advances in FRP composite vehicle bridges - the Polish experience

• Autorzy: Siwowski T. , Kulpa M. , Rajchel M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.131784

Warianty tytułu

PL

Postęp w mostach drogowych z kompozytów FRP - polskie doświadczenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Recently, new materials have been developed in the field of bridge design, one of which is FRP composite. To investigate this topic, the Polish National Centre for Research and Development has founded a research project, whose objectives are to develop, manufacture and test a typical FRP bridge superstructures. Two innovative ideas of FRP composite girder-deck structural systems for small and medium span bridges have been proposed. This paper describes the demonstrative bridges and presents the research results on their development and deployment. The finite element analysis and design procedure, structural evaluation in the laboratory and some results of the proof tests carried out on both bridge systems have been briefly presented.

PL

Kompozyty polimerowe wzmocnione włóknami (z ang. FRP) są stosowane w inżynierii mostowej na całym świecie ze względu na ich doskonałą wytrzymałość, wagę i trwałość, a także możliwość dostosowania ich właściwości do indywidualnych wymagań np. aplikacji o złożonym kształcie. Od 2007 r. Polska stała się wiodącym krajem europejskim pod względem rozwoju sieci autostrad, a także liczby funduszy unijnych wydanych na budowę i/lub modernizację sieci autostrad. Dlatego przy budowie nowych mostów powstaje pytanie, czy tradycyjne materiały, takie jak beton i stal, są nadal najlepszym wyborem, zarówno pod względem argumentów inżynieryjnych, jak i ze względów utrzymaniowych. Aby poszerzyć wiedzę w tym temacie, Polskie Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zainicjowało projekt badawczy, którego celem jest opracowanie, produkcja i testowanie typowych przęseł mostów FRP do zastosowania w mostach drogowych w celu osiągnięcia optymalnego rozwiązania konstrukcyjnego z punktu widzenia kosztów w całym cyklu życia konstrukcji. Zaproponowano dwa innowacyjne pomysły kompozytowych systemów konstrukcyjnych FRP dla mostów o małej i średniej rozpiętości: przęsła czysto kompozytowe oraz hybrydowe, kompozytowo-betonowe. W tym artykule opisano oba mosty demonstracyjne i przedstawiono wyniki badań dotyczących ich rozwoju i wdrażania. Krótko przedstawiono analizę z wykorzystaniem elementów skończonych i procedurę projektowania, proces produkcji samych elementów kompozytowych i całych obiektów oraz niektóre wyniki próbnych obciążeń przeprowadzonych na obu typach mostów. Zaprezentowane prace dowodzą, że przęsła małych i średnich rozpiętości wykonane z kompozytów FRP spełniają warunki nośności i sztywności według wytycznych krajowych i europejskich. Jednocześnie obserwacje prowadzone w czasie badań laboratoryjnych wskazują na potrzebę monitorowania stanu technicznego tego rodzaju prototypów, w których zastosowano nowatorskie rozwiązania konstrukcyjne i materiałowe. Oczekuje się, że taki system nie tylko zapewni inżynierom i administracji drogowej cenne narzędzie do monitorowania stanu technicznego nowatorskich przęseł mostów FRP, ale także dostarczy ważnych informacji związanych z trwałością, kryteriami projektowymi i długoterminowym zachowaniem się kompozytu FRP. Ponadto, w miarę jak wytyczne projektowe ulegają poprawie i stają się coraz bardziej rozpowszechnione, a inżynierowie budownictwa zdobywają doświadczenie i zaufanie do kompozytów FRP, prawdopodobne jest, że upowszechni się wykorzystanie elementów kompozytowych FRP w inżynierii mostowej.

Słowa kluczowe

EN

fibre reinforced polymer; bridge; finite element analysis; structural testing; proof load

PL

kompozyt włóknisty; most; analiza MES; badanie konstrukcji; obciążenie próbne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 1
• Strony: 209--224
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Siwowski T.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

autor

Kulpa M.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

autor

Rajchel M.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

Bibliografia

• 1. M. Zoghi, “The International Handbook of FRP Composites in Civil Engineering”, Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2013.
• 2. T. Siwowski, “FRP composite bridges. Structural shaping, analysis and testing”. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warsaw, 2018 (in Polish).
• 3. T. Siwowski, D. Kaleta, M. Rajchel L. Własak, “The first Polish road bridge made of FRP composites”, Structural Engineering International 27(2): 308-314, 2017.
• 4. J. Chróścielewski, M. Miśkiewicz, Ł. Pyrzowski, B. Sobczyk, K. Wilde, „A novel sandwich footbridge – practical application of laminated composites in bridge design and in situ measurement of static response”, Composites Part B: Engineering 126:153-161, 2017.
• 5. T. Siwowski, D. Kaleta, M. Rajchel, “Structural behaviour of an all-composite road bridge”, Composite Structures 192: 555-567, 2018.
• 6. R. Shrivastava, U. Gupta, U. B. Choubey, “FRP: research, education and application in India and China in civil engineering”, International Journal of Recent Trends in Engineering and Technology, No.1.6, 2009.
• 7. T. Siwowski, M. Kulpa, M. Rajchel, P. Poneta, “Design, manufacturing and structural testing of an all-composite FRP bridge girder”, Composite Structures 206: 814-827, 2018.
• 8. M. Kulpa, T. Siwowski, “Stiffness and strength evaluation of a novel FRP sandwich panel for bridge redecking”, Composites Part B: Engineering 167: 207-220, 2019.
• 9. L. Ascione, E. Gutierez, S. Dimova, A. Pinto, S. Denton, “Prospect for new guidance in the design of FRP”. Ispra: EC Joint Research Centre, 2016.
• 10. EN 1991-2: Eurocode 1: Actions on structures - Part 2: Traffic loads on bridges. The European Union, 2003.
• 11. A. K. Kaw, “Mechanics of composite materials”, Abington: CRC Press, Taylor & Francis Group; 2005.
• 12. T. Siwowski, M. Kulpa, “Evaluation of strength and stiffness of a FRP sandwich bridge deck”, in: Proceedings of the 12th International Conference on Sandwich Structures ICSS-12, 19-22 August 2018, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Switzerland, Eds: T. Keller, S. Yanes-Armas, A. L. Carlsson, Y. Frostig, EPFL Lausanne, 99-101, 2018,
• 13. T. Siwowski, M. Rajchel, M. Kulpa, D. Kaleta, “Structural behaviour of an all-composite GFRP bridge girder”, in: Proceedings of the 21st International Conference on Composite Structures (ICCS21). Edited by A. J. M. Ferreira, F. Tornabene, N. Fantuzzi, E. Viola, University of Bologna, Italy, 4-7 September, 2018, p.63 (paper no. 227), 2018
• 14. A. Wiater, T. Siwowski, “Lightweight concrete bridge deck slabs reinforced with GFRP composite bars”, Roads and Bridges 16(4): 285-299, 2017.
• 15. M. Rajchel, T. Siwowski, “Research on the hybrid FRP composite – concrete bridge girder”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture JCEEA, vol. XXXII (62), (3/II/2015), pp. 381-394, 2015.
• 16. S. Aluri, C. Jinka, H. V. S. GangaRao, “Dynamic response of three fibre reinforced polymer composite bridges”, J Bridge Eng 10(6):722-30, 2005.
• 17. T. Siwowski, M. Rajchel, R. Sieńko, Ł. Bednarski, “Smart monitoring of the FRP composite bridge with distributed fibre optic sensors”, in: Proceedings of the 9th International Conference on Fibre-Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE 2018), Paris 17-19 July 2018. Edited by: Ferrier Emmanuel, Benzarti Karim, Caron Jean-François, Part 2, p. 918-925, 2018.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).