FRP bridges in Poland: state of practice

• Autorzy: Siwowski Tomasz , Zobel Henryk , Al-Khafaji Thakaa , Karwowski Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138040

Warianty tytułu

PL

Mosty kompozytowe w Polsce - aktualna sytuacja

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The state of the art in the field of composite polymer bridges in Poland is presented below. Such bridges were built from 1999. Some of them are fully composite polymer structure. Others are developed as hybrid structure. There are two kind of structures: steel girders with FRP deck and FRP girders with concrete deck. Different production methods of FRP elements were used: pultrusion and infusion. Some bridges are the result of research programs, but there are also some commercial projects. Also, the short application history of FRP bridges all over the world is presented and material properties of the construction material are given in the paper. Those materials are much more lighter than steel or concrete. Low weight of FRP materials is an advantage but also disadvantage. It is good from structural and economical point of view because the dimensions of girders, piers and foundation will be smaller. From opposite side to light structure could cause problems related to response of structure against dynamic actions. As a final result the fatigue strength and durability will be reduced. Of course, the high cost of FRP (CFRP especially) limits at the moment range of application. The presented in the paper bridge structures show that despite of mentioned above problems they are now in good conditions and their future life looks optimistic. It could be supposed that modification and/or development of FRP production technologies more better utilizing their properties will create more elegant and useful bridges.

PL

W ciągu ostatnich lat przed mostowcami otworzyły się nowe możliwości. Dzięki lekkim, a przy tym bardziej wytrzymałym i trwalszym materiałom mogą oni zbliżyć się do granic nieosiągalnych dla materiałów tradycyjnych. Materiały te - polimery wzmacniane włóknami (FRP - z ang. Fiber Reinforcement Polymers) - do tej pory stosowane były z powodzeniem w lotnictwie, przemyśle kosmicznym, przy produkcji samochodów i łodzi. Dzięki niskiemu ciężarowi własnemu pozwalały na polepszenie osiągów oraz oszczędność paliwa. Bodźcem ograniczającym dość znacząco zastosowanie polimerów w innych dziedzinach była ich cena - wyższa od cen innych materiałów (np. metali) oraz wymagania odnośnie technologii układania i obrabiania. Kompozyty polimerowe (FRP) ze względu na swoje korzystne właściwości znajdują coraz szersze zastosowanie w mostownictwie. Materiały te, w przeciwieństwie do materiałów tradycyjnych odznaczają się małym ciężarem własnym, dużą wytrzymałością, odpornością korozyjną (zwłaszcza na sól). Obawy przed zastosowaniem FRP wiąże się przede wszystkim z brakiem doświadczeń, jeśli chodzi o trwałość tego materiału i wysokim kosztem (zwłaszcza włókien węglowych). Zaprezentowane w artykule rozwiązania konstrukcyjne dowodzą, że pomimo różnych ograniczeń technicznych i środowiskowych oraz komunikacyjnych sprawdzają się podczas eksploatacji. Należy przypuszczać, że po nabraniu pewności co do trwałości kompozytów polimerowych i opracowaniu nowych kształtów profili oraz ich połączeń, a także modyfikacji istniejących technologii produkcji lub wymyślenia nowych jeszcze lepiej wykorzystujących właściwości tych materiałów mosty z nich wykonane wpiszą się na stałe w polski krajobraz.

Słowa kluczowe

EN

GFRP; FRP; fibre reinforced polymer; polymer composite; bridge; footbridge

PL

GFRP; FRP; polimer wzmocniony włóknami; kompozyt polimerowy; kładka dla pieszych; most

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 3
• Strony: 5--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Siwowski Tomasz

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

• https://orcid.org/0000-0002-2003-000X

autor

Zobel Henryk

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4227-0506

autor

Al-Khafaji Thakaa

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5431-2139

autor

Karwowski Wojciech

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8488-3407

Bibliografia

• [1] Chróścielewski J., Miśkiewicz M., Pyrzowski Ł. Wilde K., “Composite GFRP U-shaped footbridge”, Polish Maritime Research, Special Issue 2017 S1 (93) 2017 Vol. 24, pp. 25-31.
• [2] Chróścielewski J., Miśkiewicz M., Pyrzowski Ł, Sobczyk B., Wilde K., “A novel sandwich footbridge - Practical application of laminated composites in bridge design and in situ measurements of static response”, Composites Part B Vol. 126, 2017, pp. 153-161.
• [3] De Corte W., Jansseune A., Van Paepegem W., Peeters J., “Structural behaviour and robustness assessment of an InfraCore inside bridge deck specimen subjected to static and dynamic local loading”, Proceedings of the 21st International Conference on Composite Materials, Xi’an, 2017.
• [4] Dong C.J., “Development of a process model for the vacuum assisted resin transfer molding simulation by the response surface method”, Composites: Part A Vol. 37, 2006, pp. 1316-1324.
• [5] Grotte, B., Karwowski W., Mossakowski, P., Wróbel, M., Zobel, H., Żółtowski, P.: Steel, arch footbridge with composite polymer deck. „Wroclaw Bridge Days” - „Footbridges - Architecture, design, construction, research”. 29-30 November 2007, pp. 135-146.
• [6] Grotte B., Karwowski W., Mossakowski P., Wróbel M., Zobel H., Żółtowski P., “Steel, arch footbridge with composite polymer deck with suspended composite polymer deck over S-11 highway nearby Kórnik”, Inżynieria i Budownictwo 1-2/2009, pp. 69-73.
• [7] Karwowski W., “Material - structural conditions of joints in FRP bridges”, Ph. D. thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw 2011.
• [8] Madaj A., “Composite polymer bridges. New structural solutions of bridge girders”, Mosty 3/2015, pp. 58-60.
• [9] Mossakowski P., Wróbel M., Zobel H., Żółtowski P., Pedestrian steel arch bridge with composite polymer deck. IV International Conference on “Current and future trends in bridge design, construction and maintenance”. Kuala Lumpur. Malaysia. October 2005.
• [10] Mylavarapu R., Patnaik A., Puli K., R. K., “Basalt FRP: A new FRP material for infrastructure market?”, Proceedings of 4th International Conference on Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, Canadian Society of Civil Engineers, Montreal, 2004.
• [11] Patnaik A., “Applications of basalt fiber reinforced polymer (BFRP) reinforcement for transportation infrastructure”. Developing a Research Agenda for Transportation Infrastructure, TRB November, 2009.
• [12] Pilarczyk K., “Application of composite panels InfraCore inside bridge structures”, Mosty 5/ 2019, pp. 74-75.
• [13] Siwowski T., Kaleta D., Rajchel M., “Structural behaviour of an all-composite road bridge”, Composite Structures 192: pp. 555-567, 2018.
• [14] Siwowski T., Rajchel M., Własak L., “Experimental study on static and dynamic performance of a novel GFRP bridge girder”, Composite Structures Vol. 259, 2021.
• [15] Siwowski T., Rajchel M., Kulpa M, “Design and field evaluation of a hybrid FRP composite - lightweight concrete road bridge”, Composite Structures, Vol. 230, 2019.
• [16] Siwowski T., Rajchel M., “Structural performance of a hybrid FRP composite - lightweight concrete bridge girder”, Composites Part B Vol. 174, 2019.
• [17] Wąchalski K., “The design of renovation and widening of the J. Piłsudskiego bridge across Vistula river in Toruń, Poland”, Mosty 1/2021, pp. 50-56, (in Polish).
• [18] Zobel H., Karwowski W., Wróbel M., „GFRP pedestrianbridge”, Inżynieria i Budownictwo nr 2/2003, pp. 107-108, (in Polish).
• [19] Zobel H., “Composite Polymer Bridges”, Proceedings of 50-tie Conference „Scientific and Research Problems in Civil Engineering”, Krynica 2004, Vol I, pp. 381-410 (in Polish).
• [20] Zobel H., Grotte B., Karwowski W., Wasiliew P., Wrobel M., Zoltowski P.: Pedestrian steel arch bridge with composite polymer deck and CFRP stays. IABSE Symposium “Metropolitan Habitats and Infrastructure”. Shanghai, China. September 2004. pp. 88-89 + CD.
• [21] Zobel H., Karwowski W., Bridge composite polymer decks. Inżynieria i Budownictwo 11/2005, pp. 594-598. (in Polish).
• [22] PN-EN 13706-3:2004 Composite polymers. Technical Specifications for the profiles produced with pultrusion method. Part 3: Detailedrequirements.
• [23] http://www.mdacomposites.org/, 2005.
• [24] Information Materials of the Mostostal Warszawa S.A. “Com-bridge - construction of the FRP structure”, 2016.
• [25] Report of the Research Project “Material and structural conditions for joints in bridge structures made of FRP profiles realized in the Faculty of Civil Engineering at Warsaw University of Technology”. The project realized in 2005-2008 and financed by the Polish Ministry of Education and Science.
• [26] https://fiberline.com/, 2021.
• [27] https://www.kolbudy.pl, 2021.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).