W artykule przedstawiono przykłady zastosowania systemu MES SOFiSTiK do modelowania komputerowego rzeczywistych konstrukcji mostowych i inżynierskich zaczerpnięte z pracy zawodowej autora.
EN
The offer of software that facilitates the work of bridge designers is very rich today. Contemporary systems differ in the method of entering data, the scope of offered analyses (e.g. statics, dynamics, structure dimensioning) as well as the time to be devoted to learning the programme. An interesting working environment is the SOFiSTiK software, initially dedicated to bridge constructions, and today used in many areas of construction. Currently, it is possible to expand the functionality of the programme with additional modules to facilitate cooperation with the graphic environment and the BIM technology. The article presents examples of using the MES SOFiSTiK system for computer modeling of actual bridge and engineering structures, taken from the author’s professional experience.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedmiotem analizy jest nietypowy rzeczywisty obiekt mostowy płytowo-belkowy sprężony w skosie ok. 40°. Po sprężeniu dźwigarów zauważono istnienie pęknięcia w obrębie kątów ostrych na górnej i dolnej powierzchni płyty pomostu. W artykule przedstawiono wyniki analizy lokalnej pracy zarysowanych naroży w rejonie kąta ostrego płyty w aspekcie wpływu obciążeń użytkowych na istniejący stan zarysowań. Opracowano model przestrzenny MES, bazujący w całości na elementach objętościowych. Siatki zbrojenia odwzorowano w postaci płaskich membran o zastępczych właściwościach anizotropowych. Zastosowano obliczenia nieliniowe fizycznie i geometrycznie z modelem pękania betonu. Odtworzono proces i sekwencję sprężania kablami oraz przykładanie pozostałych obciążeń: stałych i użytkowych w trzech ustawieniach. Na każdym etapie obserwowano stan naprężeń i pękania w płycie. Sformułowano wniosek, że rysy powstałe wskutek niewłaściwego wprowadzenia sprężenia zamykają się pod wpływem obciążeń stałych i użytkowych.
EN
The subject of the analysis is a real bridge deck composed of beams and slab with an unusual geometry, where support angle is at approx. 40°. After the girders were prestressed, the cracks within the sharp angles were noticed on the upper and lower surfaces of the deck. The aim of this article is to present the result of a local analysis of the sharp angle of the deck in the aspect of the impact of operating loads on the existing state of cracks. A FEM model was developed, based entirely on volume elements. Nonlinear analysis were used with the concrete crack model. The process and sequence of prestressing and the application of the remaining loads is considered. On each of them, a state of stress and cracking in the deck was observed. It was concluded that cracks resulting from improper introduction of prestress are closing under the influence of permanent and service loads.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Istotnym elementem określania nośności i trwałości konstrukcji sprężonych jest ocena ich ewentualnego zarysowania. Bardzo często można spotkać się z opinią, że obiekty zarysowane są w stanie przed awaryjnym, a nawet awaryjnym i to z nieodwracalnymi skutkami [12, 13].W artykule starano się wykazać, że pogląd ten jest nieuprawniony. Mostowe konstrukcje sprężone, które mają rysy, mogą być na ogół bezpiecznie eksploatowane, jakkolwiek należy je traktować jako obiekty z wadą. Ponadto wada ta jest bardzo często możliwa do usunięcia, a obiektom można przywrócić wymagane parametry: nośność; sztywność i trwałość. Zawsze konieczna jest indywidualna ocena przyczyn i skutków zarysowania.
EN
Cracking is a relevant factor when it comes to estimating load-bearing capacity and durability of prestressed concrete structures. It is commonly assumed, that structures with cracks are just before a state of failure or even have already reached it with irreversible effects [12, 13]. The authors attempt to prove that this view is too far-reaching. Prestressed concrete bridges with cracks can be usually safely used, however with a shortcoming. Moreover, this fault is often possible to repair so that the structures perform original parameters again: load-bearing capacity, stiffness and durability. An individual evaluation of possible causes and effects of cracking is always crucial.
This paperwork is concentrated on the analysis of the loss of the compressing as well as temporary and rheological losses. Compared and contracted grounds of their occurrence and share in several losses in reference to final value. Studies were conducted based on taking certain assumptions – more or less pertinent, agreeable to the engineering art. In consequence obtained comparison of the losses and summary, how they impact on the final value of the forces which are taken to dimensioning structures by the designers.
W artykule przedstawiono historię budowy i eksploatacji Mostu Cłowego w Szczecinie. W ciągu 56 lat wykonywano kilka prac eksperckich i napraw. Most został zamknięty po poważnej awarii konstrukcji zewnętrznego kabla sprężającego. Przedstawiono główne przyczyny degradacji oraz koncepcję demontażu. Opisano także prace konstruktorskie dotyczące remontu mostu.
EN
The paper presents the history of the construction and lifecycle of the post-tensioned Most Cłowy (Customs Bridge) in Szczecin. Several expert works and repairs were performed during the 56 years of its service. Finally the bridge was closed after a serious structural failure of the external prestressing cable. The main causes of the degradation are explained and the concept of the design of the dismantling is presented. Moreover, the construction works concerning the rehabilitation of the bridge are described.
W artykule poruszono kilka zagadnień związanych z założeniami projektowymi i klasyfikacją mostowych konstrukcji sprężonych z uwagi na charakter pracy przekrojów i stopień sprężenia. Omówiono ograniczenia naprężeń w betonie i stali sprężającej z nieaktualnej już normy PN-S-10042:1991 [11] i obowiązujących PN-EN 1992 [9, 10]. Przedstawiono i skomentowano wybrane aspekty obliczeniowe wynikające z dopuszczenia przez Eurokod 2 zarysowania konstrukcji sprężonych.
EN
The classification of prestressed bridges in terms of beam cross-sections action mechanism and the degree of compression is presented. The selected aspects of post-tensioned concrete bridge structures design procedures are presented, based on the existing Polish Norms (PN) and current regulations according to Eurocodes. The procedures and design assumptions are compared to each other and their similarities and differences are discussed. The initial conditions for the design, associated with this issue, are discussed. Some aspects of the calculation, resulting from accepting cracking of prestressed bridge beams by Eurocode, are presented and commented. Finally, recommendations concerning the design procedures are formulated.
W artykule poruszono kilka zagadnień związanych z założeniami projektowymi i klasyfikacją mostowych konstrukcji sprężonych z uwagi na charakter pracy przekrojów i stopień sprężenia. Omówiono ograniczenia naprężeń w betonie i stali sprężającej z nieaktualnej już normy PN-S-10042:1991 [11] i obowiązujących PN-EN 1992 [9, 10]. Przedstawiono i skomentowano wybrane aspekty obliczeniowe wynikające z dopuszczenia przez Eurokod 2 zarysowania w konstrukcjach sprężonych.
EN
The classification of prestressed bridges in terms of beam cross-sections action mechanism and the degree of compression is presented. The selected aspects of post-tensioned concrete bridge structures design procedures are presented, based on the existing Polish Norms (PN) and current regulations according to Eurocodes. The procedures and design assumptions are compared to each other and their similarities and differences are discussed. The initial conditions for the design, associated with this issue, are discussed. Some aspects of the calculation, resulting from accepting cracking of prestressed bridge beams by Eurocode, are presented and commented. Finally, recommendations concerning the design procedures are formulated.
Dokonując analizy koniecznych do remontu obiektów mostowych, wskazuje się na sposoby najbardziej skutecznych rozwiązań zabezpieczenia i naprawy. Dostosowuje się działania do istniejącej konstrukcji, technologii zastosowanej podczas budowy lub wcześniejszego remontu, a także miejsc, gdzie dane obiekty się znajdują i na jakie czynniki zewnętrzne są narażone.
26 lipca 2013 r. oddano do użytkowania most przez Wisłę w Kwidzynie. Zbudowana przez Budimex SA przeprawa łączy duże regiony województwa pomorskiego: Powiśle i Kociewie.
EN
On July 26th bridge over the Vistula in Kwidzyn was opened for drivers. The bridge, built by Budimex SA, connects the two large regions of the Pomeranian Voivodship: Powiśle and Kociewie.
Podstawą projektowania mostów sprężonych jest, podobnie jak mostów żelbetowych, Eurokod 2 – Projektowanie konstrukcji z betonu. W artykule dotyczącym projektowania mostów żelbetowych (2) podano strukturę tego dokumentu oraz ogólne zasady jego stosowania. W niniejszym artykule przedstawione zostały informacje dotyczące materiałów stosowanych do budowy mostów sprężonych, uwagi na temat analizy konstrukcji, a także podstawowe zasady projektowania mostów sprężonych ze względu na trwałość.
EN
The basis for the design of prestressed concrete bridges, as well as reinforced concrete bridges, is Eurocode 2 Design of concrete structures. In the article addressing the design of reinforced concrete bridges (2) the framework of the document and the general rules of its application have been discussed. This paper presents information concerning materials used for the construction of prestressed concrete bridges, observations on structure analysis, as well as basic rules of the design of prestressed concrete bridges considering their lifespan.
Niniejszy artykuł stanowi kontynuację zagadnień prezentowanych w poprzednim numerze czasopisma „Mosty” (4/2013), dotyczących podstaw projektowania sprężonych konstrukcji mostowych według Eurokodów. W drugiej części artykułu autorzy prezentują stany graniczne nośności i użytkowalności oraz omawiają pozostałe wymagania Eurokodu 2.
EN
The article is a continuation of issues presented in the previous edition of the „Mosty” magazine (4/2013), concerning the design of prestressed concrete bridges according to Eurocodes. In the second part of the article the authors address ultimate limit states and serviceability limit states, and discuss other requirements of Eurocode 2.
Praca dotyczy mostów betonowych z naprężanymi cięgnami. Celem pracy było możliwie szerokie ujęcie problematyki tego typu mostów w aspekcie kształtowania form konstrukcyjnych, analizy teoretycznej i wykonawstwa. Praca zawiera dziesięć rozdziałów. Przedmiot, cel i zakres pracy zawiera rozdział pierwszy. W rozdziale drugim przedstawiono, w ujęciu historycznym, genezę oraz rozwój mostownictwa dotyczący mostów betonowych z naprężanymi cięgnami. Koncentrowano się głównie na pionierskich rozwiązaniach konstrukcyjnych mostów sprężonych, w kontekście sprężania cięgnami wewnętrznymi z przyczepnością, cięgnami zewnętrznymi i cięgnami zewnętrznymi o dużych mimośrodach. Przedstawiono rozwój różnych technologii budowy, urządzeń i wyrobów do konstrukcji mostowych, wymieniono wybitnych przedstawicieli nauki i przemysłu oraz organizacji związanych z propagowaniem i wdrażaniem wiedzy dotyczących mostów z naprężanymi cięgnami. Przytoczono przykłady pierwszych wybudowanych lub wzmocnionych przez sprężenie obiektów inżynierskich, uwzględniających różne aspekty postępu technologicznego, na świecie i w Polsce. Rozdział trzeci zawiera opis właściwości podstawowych materiałów i wyrobów stosowanych do budowy mostów betonowych z naprężanymi cięgnami, ze szczególnym uwzględnieniem właściwości betonu, stali zwykłej i sprężającej oraz materiałów kompozytowych typu FRP w kontekście normalizacji polskiej i europejskiej. Sklasyfikowano i opisano przykłady współczesnych wyrobów i urządzeń do konstrukcji sprężonych, w tym tradycyjnych stalowych i niemetalicznych systemów sprężania (głównych elementów rozciąganych, zakotwień, osprzętu i wyposażenia). Przytoczono przykłady nowych rozwiązań systemów konwencjonalnych oraz systemów kompozytowych z FRP. Opisano mechanizmy i czynniki degradacji systemów sprężających oraz sposoby ochrony i zapobiegania degradacji systemów sprężających. W rozdziale czwartym omówiono doraźne i opóźnione straty sprężania w cięgnach stalowych i kompozytowych oraz sposób ich wyznaczania. Przytoczono wartości współczynników tarcia, przyjmowane do obliczeń strat doraźnych w cięgnach z przyczepnością i cięgnach bez przyczepności, korzystając z międzynarodowych i europejskich zaleceń. Podstawowe zagadnienia dotyczące analizy i modelowania mostów sprężonych cięgnami wewnętrznymi z przyczepnością zawiera rozdział piąty. W tym, między innymi, krótką charakterystykę i przykłady wybranych form konstrukcyjnych: mostów belkowych, mostów grzbietowych i mostów ramowych z cięgnami obetonowanymi nad i pod dźwigarem. Opisano historyczne i współczesne metody wyznaczania oddziaływania cięgien sprężających na konstrukcję oraz możliwości zastosowania współczesnego oprogramowania inżynierskiego do analizy i wymiarowania omawianych konstrukcji. Przedstawiono przykład doboru tras cięgien sprężających w wiaduktach autostradowych według kryterium ekonomicznego oraz przykład porównania podniesień wykonawczych przy dwóch różnych scenariuszach budowy metodą nawisową. W rozdziale szóstym przedstawiono opis wybranych badań doświadczalnych i analitycznych konstrukcji z cięgnami bez przyczepności. Przytoczono opisy badań belek, swobodnie podpartych i dwuprzęsłowych, sprężonych cięgnami z przyczepnością i cięgnami bez przyczepności, z trasami o dużych mimośrodach, umieszczonymi poniżej dźwigara. Opisy przedstawiono w kontekście weryfikacji analitycznych metod wyznaczania sztywności giętej belek sprężonych cięgnami zewnętrznymi oraz badań belek z różnymi układami tras zewnętrznych cięgien sprężających. Przedstawiono także opis własnych badań analitycznych symulacji procesu obciążania belki, sprężonej cięgnem zewnętrznym o dużych mimośrodach, obciążonej aż do wyczerpania nośności. Przedstawiono opis modelu obliczeniowego, wykonanego za pomocą komercyjnego programu LS-DYNA, opis modeli materiałowych stali sprężającej i betonu oraz opis uzyskanych wyników numerycznych. Charakterystykę mostów sprężonych cięgnami bez przyczepności, o trasach mieszczących się w obrębie wysokości dźwigara, przedstawiono w rozdziale siódmym. Opisano elementy składowe systemu sprężenia zewnętrznego, ze szczególnym uwzględnieniem głównych elementów rozciąganych, zakotwień, systemów zabezpieczeń przed korozją oraz dewiatorów i punktów odgięcia (zmiany) trasy cięgien zewnętrznych. Zamieszczono przykłady kształtowania i zaleceń projektowych elementów składowych systemów sprężania. Podano przykłady kształtowania elementów dźwigara, w tym stref zakotwień i dewiatorów. Przedstawiono wyniki porównania, na podstawie studium parametrycznego, dwóch pięcioprzęsłowych mostów, sprężonych cięgnami wewnętrznymi z przyczepnością i cięgnami zewnętrznymi bez przyczepności. Badania dotyczyły dwóch głównych parametrów: rozpiętości przęseł i wysokości konstrukcyjnej dźwigara oraz ich wpływu na zużycie stali sprężającej i zbrojeniowej. Opisano stosowane metody modelowania cięgien sprężających z przyczepnością i bez przyczepności z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznych i materiałowych. Rozdział ósmy dotyczy mostów prętowo-cięgnowych, w szczególności zaś mostów typu extradosed. Przedstawiono przegląd wybranych form konstrukcyjnych mostów prętowo-cięgnowych, a w tym: mostów podwieszonych, mostów extradosed, mostów z cięgnami pod dźwigarem, mostów wstęgowych oraz mostów z mieszanymi układami naprężanych cięgien. Szczegółowo omówiono mosty extradosed, w szczególności: układy statyczne, kształtowanie konstrukcji nośnej, siodła na pylonach oraz zakotwienia na pylonach i w dźwigarze. Przedstawiono ocenę atrakcyjności ekonomicznej tego typu konstrukcji, w porównaniu z innymi typami mostów, o porównywalnych rozpiętościach przęseł. Opisano wybrane aspekty projektowania mostów extradosed, w szczególności wstępnego doboru sztywności konstrukcji nośnej, podpór i cięgien extradosed, jak również wstępnego projektowania siodeł lub zakotwień na pylonie oraz cięgien extradosed. Przedstawiono metody budowy mostów extradosed łącznie z budową obiektów nietypowych. Analizowano dostrzegalne tendencje rozwojowe mostów extradosed. W rozdziale dziewiątym analizowano modele obliczeniowe, pierwszego, wybudowanego w Polsce mostu typu extradosed. Badano, między innymi, przydatność modeli liniowych w zastosowaniach aplikacyjnych, we wstępnej fazie projektowania. W szczególności badano wpływ wybranych obciążeń lub oddziaływań, na zakres zmian różnych parametrów konstrukcyjnych, jak np. pionowych przemieszczeń dźwigarów i rozciągających sił osiowych w cięgnach extradosed. Analizowano również zakres zmienności naprężeń rozciągających i spełnienie kryterium konstrukcyjnego cięgien extradosed. Zaproponowano również, stosując kryterium konstrukcyjne (kontrolowanego przemieszczenia głównego przęsła) iteracyjny dobór wstępnego naciągu cięgien extradosed na przykładzie modelu nieliniowego. W rozdziale dziesiątym pracy przedstawiono wnioski końcowe.
EN
The paper concerns concrete bridges with tensioned tendons. The purpose of the paper is to cover, in the possibly broadest scope, the issue of bridges of this type from the point of view of shaping of the structural forms, theoretic analysis and construction. The paper consists of ten chapters. The subject, the aim and the scope of paper are explained in chapter one. Chapter two presents, in a historical perspective, the origin and the development of construction of bridges with tensioned tendons. It mainly focuses on pioneer structural solutions in bridges with tensioned tendons in the context of stressing with internal tendons with bonding, external tendons and external tendons with large eccentricities. Development of various construction technologies, devices and products for bridge engineering is presented. The chapter also lists outstanding representatives of the academic community and industry, as well as representatives of organizations involved in propagation and implementation of the know-how related to bridges with tensioned tendons. The chapter also presents examples of early engineering structures constructed or reinforced by tensioning, while accounting for various aspects of technological development worldwide and in Poland. Chapter three contains a description of properties of basic materials and products used for constructing concrete bridges with tensioned tendons, particularly accounting for the properties of ordinary and pre-stressed concrete, steel, as well as composite materials of FRP type in the context of Polish and European Codes. Examples of contemporary products and machines used for pre-stressed structures are described, including the traditional steel and non-metallic pre-stressing systems (the main tensioned elements, anchors, fixtures and fittings/equipment). Examples of new solutions for conventional, as well as FRP composite systems are quoted. The mechanisms and factors leading to degradation of tensioning systems ace described along with the methods of protection of tensioning systems against them and prevention of their degradation. Chapter four discusses immediate and delayed loss of tensioning in steel and composite tendons, as well as the methods of determining the loss. The values of friction indicators, used for calculating immediate loss in tendons with bonding and tendons without bonding, based on international and European recommendations, are quoted. The basic issues related to analysis and modelling of tensioned bridges with internal tendons with bonding are discussed in chapter five. The chapter includes a brief description and examples of selected structural forms of girder bridges, fin-back bridges and frame bridges with tendons covered with concrete above and under a girder. The chapter describes historic and contemporary methods of determining the impact that tensioning tendons have on the structure as well as the possibilities of applying contemporary engineering software for analysis and dimensioning of the discussed structures. An example is presented of selection of tensioning tendons routes in motorway flyovers using economic criteria, and there is an example of comparison of construction solutions precamber for two scenarios of building with the use of the balanced cantilever method. Chapter six describes experimental and analytical structures with tendons without bonding. The chapter contains descriptions of tests of beams, simply supported and two-span type, tensioned with the use of tendons with bonding and tendons without bonding, with routes with large eccentricities, located below the girder. The descriptions are presented in the context of verification of analytical methods of determining the flexural rigidity of beams tensioned with external tendons, as well as the tests of beams characterized by various layouts of the routes of external tensioning tendons. The chapter also describes the author's own analytical research on simulation of the process of applying load on a beam tensioned with an external tendon with large eccentricities, with the load increased until the beam is destroyed. The model of calculations performed with the use of LS-DYNA commercial program is presented, along with the description of material-dependent models of tensioning steel and concrete, and along with the description of the numerical results obtained. Description of tensioned bridges with tendons without bonding, with tendon routes running within the girder height, is presented in chapter seven. Components of the external tensioning system are described with special attention paid to the main tensioned elements, anchoring, corrosion-stopping systems, as well as deviators and points of deflection (change) of the external tendons routes. The examples of shaping components of tensioning systems and the design guidelines for them are presented here. The examples of forming girder elements, including anchoraging zones and deviators, are also given. The results of the comparison of two five-span bridges tensioned with internal tendons with bonding and external tendons without bonding are presented as well, based on a parametric study. The research concerned two major parameters: the span-long of the span and the construction height of a girder and the influence of these parameters on the use of tensioning and reinforcing steel. The methods of modelling tensioning tendons with bonding and without bonding are described, accounting for geometrical and material-related non-linearity. Chapter eight concerns bar-and-cables system bridges, extra dosed bridges in particular. A review of selected structural forms of bar-and-cables bridges is presented, including cable-stayed bridges extradosed bridges, bridges with tendons under the girder, stress ribbon bridges as well as bridges with mixed systems of tensioning tendons. Extra dosed bridges are discussed in detail, particulary static systems, shaping of superstructures, and the saddle on pylons, as well as anchorages on pylons and in the girder. Structures of this type are assessed from the point of view of their economic attractiveness as compared to other types of bridges with comparable spans. Selected aspects of designing extradosed bridges are described, especially the pre-selection of rigidity of the superstructure, the supports and the extra dosed tendons are presented, as well as preliminary design of saddles of anchoiring in a pylon and design of extradosed tendons. The methods of constructing the extradosed bridges are presented, together with construction of non-typical structures. Visible development trends in the area of extradoses bridges are analyzed. Chapter nine analyzes the calculation models of the first extradoses bridge built in Poland. The in analysis covers actual usability of linear models in early design phase. The analysis also covers the influence or impact of selected loads on the range of changes of various structural parameters, including vertical shift of girders or tensioning axial forces in extradosed tendons. Also, the range of variability of tensioning stresses, as well as fulfilment of the structural criterion by extradosed girders are analyzed. Using a non-linear model, an iteration-based selection of the preliminary tensioning in extradosed tendons, based on the structural criterion (controlled displacement of the main span), is also proposed. Chapter ten presents the final conclusions.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Autorzy porównują trzy podstawowe sposoby budowy mostów na przykładzie obiektów sprężonych przez BBV Systems Sp. z o.o. Firma stara się sprostać najbardziej skomplikowanym zagadnieniom i zapewnić specjalistyczną pomoc na etapie projektu budowlanego, wykonawczego i realizacji. Każdy z obiektów przed wykonaniem zostaje przeanalizowany w środowisku MES, ponadto sprawdza się gabaryty konstrukcji pod kątem zgodności z wymaganiami przyjętego systemu sprężania.
Konstrukcja mostu wzniesionego w 1972 r. ma postać czteroprzęstowej ramy o długości całkowitej 220 m. Opisano uszkodzenia mostu oraz ich przyczyny. Podano sposób wzmocnienia.
EN
The bridge construction was erected in 1972 as a four span frame bridge with total lenght of 220 m. The damages od bridge, its emerging reasons are analysed. The method of bridge strengthening is insinuated.
Przedstawiono, na tle historycznym retrospektywy, podstawowe schematy mostów z betonu sprężonego, sprężanych cięgnami zewnętrznymi o dużych mimośrodach, oraz najnowsze światowe osiągnięcia z tego zakresu.
EN
Besides historic retrospection, the basic schemes of prestressed bridges with surface-bond pretensioning of great excentricity and the state-of-the-art in this field is presented.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW