BazTech - Yadda

1

Main girder deformation functions from service life of composite bridges

Machelski Czesław

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2022

|

Vol. 21, no. 3

217--237

EN

This paper deals with the investigation of the concrete creep function on the basis of changes in the deformation of the main girder of a bridge. Changes in deformation at a few selected instants in the service life of the bridge are used for this purpose. In the case of composite girders an implicit link between creep and the geometrical parameters of the cross section is indicated. Differences in geometrical parameters are demonstrated using as examples steel bridges and concrete bridges built of precast beams. It is shown the two types of structures can be analysed using the same algorithm presented in this paper. The function obtained on the basis of the deformation of the structure is compared with the creep function. The comparative analysis shows that other factors connected with concrete rheology and climate change occur in the creep function. The erection scheme, construction operations and operational effects in the form of repeated variable loads can have a considerable impact. Of major assistance in representing the deformation function is its strong similarity to the curvature change function. The results of monitoring by means of geodetic surveying are helpful in such analyses.

PL

W pracy rozpatruje się badanie funkcji pełzania betonu na podstawie zmiany deformacji dźwigara głównego mostu. Do tego celu wykorzystuje się zmiany krzywizny w kilku, wybranych momentach pomiarowych podczas eksploatacji mostu. W przypadku dźwigarów zespolonych wskazano na uwikłany związek pełzania i parametrów geometrycznych przekroju poprzecznego. Na przykładach mostów stalowych i betonowych, wykonanych z belek prefabrykowanych pokazano różnice parametrów geometrycznych. Wykazano, że obydwa rodzaje konstrukcji można analizować z zastosowaniem jednolitego algorytmu, omówionego w pracy. Porównano funkcję uzyskaną na podstawie deformacji konstrukcji z funkcją pełzania. W analizie porównawczej wykazano, że w wyznaczanej funkcji z efektem pełzania sumowane są inne czynniki towarzyszących reologii betonu i zmian klimatycznych. Znaczny wpływ mogą mieć schemat montażowy i inne zabiegi technologicznych a także efekty eksploatacyjne w postaci wielokrotnych obciążeń zmiennych. Ważnym udogodnieniem w odwzorowaniu funkcji deformacji jest duże jej podobieństwo do funkcji zmiany krzywizny. Do takich analiz przydatna jest geodezyjna technika pomiarowa jako wynik monitoringu mostów.

2

Diagnostyka i monitoring mostów kompozytowych za pomocą czujników światłowodowych DFOS

Siwowski Tomasz, Kulpa Maciej, Rajchel Mateusz, Howiacki Tomasz, Sieńko Rafał

Mosty

|

2021

|

nr 2

35--38

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań nad efektywnością zastosowania systemu DFOS w diagnostyce i monitoringu mostów kompozytowych. Wyniki pochodzą z dwóch projektów badawczych realizowanych obecnie przez Katedrę Dróg i Mostów Politechniki Rzeszowskiej, współfinansowanych przez NCBiR i PARP.

EN

The article presents the preliminary results of the research on the effectiveness of the DFOS system application in the diagnostics and monitoring of composite bridges. The results come from two research projects currently being carried out by the Department of Roads and Bridges of the Rzeszów University of Technology, cofinanced by NCBiR and PARP.

3

Nowatorska konstrukcja zespolona przęseł nowego wiaduktu w ciągu DK nr 22 nad linią PKP koło Elbląga

Stacewicz M., Hukowicz A., Windorpski H., Kołakowski T., Kosecki W., Lorenc W.

Mosty

|

2017

|

nr 1

57--62

PL

Przedmiotowa konstrukcja nowego wiaduktu została zaprojektowana wg nowej, pierwszy raz zastosowanej koncepcji konstrukcji zespolonej. Konstrukcja jest zwiastunem nowej generacji obiektów z belkami zespolonymi, w których włącza się betonowe części przekroju zespolonego do przenoszenia siły poprzecznej. Jednocześnie stanowi krok w kierunku nowego systemu prefabrykatów zespolonych do budowy przęseł o rozpiętościach od około 30 m do nieco ponad 40 m.

EN

A new technology for a medium-span composite bridge is presented. It was applied for the first time for the construction of a new viaduct within the national road no 22 over the railway line near Elbląg in Poland. Prefabricated composite beams without upper steel flange using MCL composite dowels were used for 38-meter-long spans of the road bridge. In particular, a steel web is used for the field sections, a concrete web is applied for the support sections and a shear connection is dedicated basically to the compressed zone of the composite section. This is an example of a new generation of composite bridges.

4

Kompozyty w budownictwie zrównoważonym – przegląd rozwiązań i przykłady zastosowań

Major M., Major I.

Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym

|

2015

|

nr 1(15)

126--133

PL

Przedstawiono materiały kompozytowe, które znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, a ich wynalezienie stało się punktem przełomowym w wielu dziedzinach życia. Opisano rodzaje włókien stosowanych do zbrojenia materiałów kompozytowych. Zaprezentowano również wykorzystanie kompozytów w budownictwie mostowym jako materiału konstrukcyjnego.

EN

The paper presents composite materials that are used in many industries, and their invention has become a turning point in many areas of life. The article contains a description of the types of fibers using for the reinforcement of composite materials. The use of composites in bridge construction as a construction material was presented.

5

Wydajne i ekonomiczne metody projektowe mostów zespolonych o małych i średnich rozpiętościach

Hechler O., Martin P.-O., Ochojski W.

Mosty

|

2014

|

nr 3

48--54

PL

W artykule opisano oprogramowanie ACOBRI (ArcelorMittal Composite Bridges), które pozwala na szybkie i efektywne wymiarowanie obiektów drogowych, kolejowych i kładek pieszo-jezdnych. ACOBRI jest narzędziem projektowym do wymiarowania konstrukcji nośnych opartych na kształtownikach walcowanych na gorąco. Program oblicza ustroje jedno- lub wieloprzęsłowe, wolno podparte oraz ciągłe.

6

Nowości w projektowaniu mostowych konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych

Śledziewski K.

Drogownictwo

|

2014

|

nr 1

31--33

PL

Przedstawiono nowości w procesie projektowania mostów zespolonych. Zwrócono szczególną uwagę na różnice między dotychczasową praktyką projektowania mostów zespolonych w Polsce a obowiązującymi obecnie zasadami i regułami projektowania zgodnie z Eurokodem 4.

EN

The article presents new concepts in designing of composite bridge structures. A special attention was drawn on differences between current standard practice of composite bridges design in Poland and actual applied design rules and principles according to Eurocode 4.

7

Nośność ciągłych łączników otwartych w zespolonych konstrukcjach stalowo-betonowych

Lorenc W.

Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej. Monografie

|

2010

|

Vol. 93, nr 40

133-133

PL

W pracy przedstawiono opis zachowania się pod obciążeniem stalowych łączników otwartych, stanowiących stalową część konstrukcji połączenia ścinanego w belkach zespolonych. Zaproponowano koncepcję opisującą układ naprężeń w zębach stalowych od obciążeń zewnętrznych, będącą podstawą do określania nośności części stalowej połączenia ścinanego. Stalowe łączniki otwarte to rodzaj łączników ciągłych powstających przez przecięcie blachy stalowej, w domyśle środnika belki, w taki sposób, że krzywa przecięcia formuje jednocześnie element zespolenia - zabetonowanie tak uformowanych łączników powoduje utworzenie skutecznego połączenia ścinanego. Nie są wymagane żadne dodatkowe zabiegi konieczne do zrealizowania zespolenia w części stalowej dźwigara, a istotne jest odpowiednie ukształtowanie betonu w strefie zespolenia i dobranie odpowiedniego kształtu wycięcia środnika stalowego. Podstawowa kwestia to określenie stanu naprężeń w zębach stalowych, co jest szczególnie istotne w analizie zmęczeniowej. Naprężenia u podstawy zęba są superpozycją naprężeń pochodzących od ścinania podłużnego połączenia ścinanego oddziałującego bezpośrednio na zęby stalowe oraz naprężeń będących efektem zginania dźwigara, a także siły osiowej w dźwigarze. W monografii na wstępie opisano przedmiot badań w postaci innowacyjnego połączenie ścinanego. Następnie podsumowano stan wiedzy i pokazano, w jaki sposób zespolenie listwo we ewoluowało od rozwiązania opracowanego przez Leonharda na początku lat 80. ubiegłego wieku, do postaci w formie tzw. composite dowels. Przedstawiono prowadzone przez innych badania, analizy teoretyczne i wnioski oraz problemy, które nie zostały rozwiązane, w tym problem określania nośności części stalowej połączenia ścinanego. W dalszej zostały zaprezentowane wyniki prac własnych prowadzonych między innymi w ramach międzynarodowego projektu o nazwie Prefabricated Endur-ing Composite Beams based on Innovative Shear Transmission (PreCo-Beam), w którym autor kierował zespołem badawczym. Będąc odpowiedzialnym za rozstrzygnięcie zagadnień dotyczących nośności stalowej części połączenia ścinanego, doszedł do wniosku, że w zasadzie stal będzie decydować o nośności zespolenia, a nie beton, jak pierwotnie zakładano w połączeniu typu concrete dowels. W czasie badań autor udowodnił, że przy sprężystej pracy konstrukcji pęknięcia zmęczeniowe zmęczeniowe, które pojawiają się u podstawy zębów stalowych, propagując w stronę pasa dolnego, mogą prowadzić do całkowitego wyczerpania nośności belki przez gwałtowne pęknięcie pasa dolnego. W związku z tym okazało się, że potrzebna jest teoria umożliwiająca ocenę stanu naprężeń w zębach stalowych przy założeniu sprężystej pracy konstrukcji w warunkach, gdy wytężenie połączenia ścinanego jest znacząco mniejsze od jego obliczeniowej wytrzymałości na ścinanie podłużne pod obciążeniem statycznym. Tutaj autor wprowadził termin: koncepcja nośności sprężystej (KNS). Zaproponował metodę poszukiwania właściwego kształtu przecięcia z założeniem, że nośność sprężysta zębów stalowych na jednostkę długości zależy jedynie od ich kształtu, a nie od wielkości. Eliminując czynnik wielkości i rozdzielając następnie ogólne pojęcie kształtu na kształt i proporcje, sprowadził problem do zagadnienia kształtu. Analiza właściwych proporcji jest zadaniem elementarnym. Określenie sposobu obciążenia zębów stalowych w połączeniu ścinanym sprowadziło rzecz do określenia dwóch współczynników kształtu stanowiących podstawę KNS. Naprężenia wyznaczono metodą elementów skończonych (MES) i potwierdzono badaniami z wykorzystaniem dużej liczby tensometrów. Na tej podstawie określono funkcję opisującą zmienność naprężeń wzdłuż krawędzi u podstawy zęba stalowego. Analizując jej pochodną i wykonując odpowiednie przekształcenia matematyczne, wprowadzono pojęcie bezwymiarowej nośności zębów stalowych w postaci interakcji bezwymiarowej nośności na ścinanie zębów i bezwymiarowej nośności na rozciąganie środnika z uwzględnieniem kon-centracji naprężeń. Takie podejście pozwala określać wartości naprężeń geometrycznych głównych lub zredukowanych i w zależności od przyjętego kryterium oraz odpowiadających wartości współczynników może być stosowane do oceny nośności ze względu na zmęczenie lub uplastycznienie materiału. Podano podstawowy wzór służący obecnie do sprawdzenia nośności ze względu na zmęczenie oraz przedstawiono w skrócie zaprojektowane i zrealizowane obiekty mostowe, w których zastosowano połączenie ścinane typu composite dowels i które zostały zaprojektowane na podstawie koncepcji zaprezentowanej w monografii. Szczegółowo opisano warsztat pracy i przyjęte metody analizy, a także wybrane wyniki, co pozwala na weryfikację i ocenę omawianych tez oraz wniosków. Podstawą warsztatu pracy, pozwalającą na szeroką analizę i sformułowanie wniosków, były badania eksperymentalne i obliczenia metodą elementów skończonych, co było podyktowane głównie skomplikowanym stanem naprężeń w zębach, trudnym do precyzyjnego określenia w sposób analityczny. Przeprowadzono szeroko zakrojone badania różnych elementów zespolonych pod obciążeniem statycznym i cyklicznym oraz wykonano skomplikowane analizy numeryczne za pomocą MES. W monografii przedstawiono jedynie wybrane badania i ich wyniki, natomiast komplet wyników wraz interpretacją można znaleźć w zacytowanych sprawozdaniach i raportach. Prezentowany typ połączenia ścinanego został wprowadzony do mostownictwa jako podstawa systemu VFT-WIBŽ. Dalszy jego rozwój to między innymi efekt wspólnych prac uczestników projektu PreCo-Beam. Zasadniczą formę stosowanego obecnie kształtu zaproponował J. Barthellemy, procedury do wymiarowania połączenia ścinanego ze względu na zniszczenie betonu podał G. Seidl, a procedury wymiarowania stali i technologia wytwarzania części stalowej w aktualnie przyjmowanej postaci zostały opracowane przez autora.

EN

Behavior and load bearing capacity of steel dowels in steel-concrete composite girders with shear connection by composite dowels was described. A conception that describes the system of stresses in the steel teeth from the extemalloads was proposed. Based on that conception, fomlUlas critical to the design were introduced. In this way, the basis of describing the resistance of the steel parts of a shear connection was established. The composite dowel shear connection is combined out of a steel dowel and a concrete dowel. Steel dowels are made by cutting a steel sheet in such a way that the curve of the cut fOlms the element of a shear connection. The pouring of concrete over such formed connectors causes the creation of an effective shear connection. The basic issue is the determination of the state of stresses in steel dowels and it is especially important in fatigue analysis. The author presented the results of his research, which were attained, amongt others, with the research team being directed with consideration of the intemational project with acronym of Pre Co-Beam. Being responsible for solving the problems associated with the resistance of steel parts of shear connection, the author noticed that the steel would detem1ine the main problem in the dimensioning of connection, not the concrete as was originally plalmed for a concrete dowel type connection. The author proved that fatigue cracks, which appear at the base of steel dowel and propagate in the direction of the lower flange, may cause the total failure of a beam by sudden cracking of the lower flange. Hence, a theory is necessary that will allow the state of stresses in steel dowels to be assessed in conditions where the exertion of a shear connection is significantly smaller than its ultimate resistance for longitudinal shear under static load. Here, the author introduced the term: elastic load conception (KNS). Noticing that the elastic load of steel dowels per unit length is based solely on its shape, and not on its size, and eliminating from consideration the size factor and then dividing the general conception of shape into the shape and proportions brought about the problem of shape solution since the analysis of appropriate proportions is an elementaIy issue. The introduction of appropriate model ofloads acting on steel dowels under serviceability conditions, proven later on by research, caused the problem to be described with two shape coefficients that make up the basis of KNS. The stresses were determined by the finite element method and confirmed by research with the help of a large amount of strain gauges. A function that describes the stress variability was introduced along the edge of the base of steel dowel and its derivative was analyzed. While carrying out the appropriate mathematical transfonnation, the concept of dimensionless resistance of steel dowels was determined. Such an approach allows detelmination of geometric stress values and depending on the adopted criterion and the values of coefficients it can be used both for fatigue check and for yielding. On such basis, one can introduce the designing formulas, which is a purely teclmical task. Composite dowels in their current form were introduced into bridge engineering as a basis of VFT - WIBŽ system. Its further development is considered, among others, as a joint contribution of the PreCo-Beam project participants. The elementary fonn of the currently used shape was proposed by J. Barhellemy. The procedures used for the dimensioning on concrete were provided by G. Seidl. The procedures for the dimensioning of steel and the manufacturing technology of shape being currently used were developed by the author.