X L V I I I K O N F E R E N C J A N AU K O W A

KOMITETU INŻ YNIERII LĄ DOWEJ I WODNEJ PAN

I KOMITETU NAUKI PZITB

Opole – Krynica

2002

Damian BĘ BEN

1

Zbigniew MAŃ KO

2

BADANIA MOSTU DROGOWEGO WYKONANEGO

ZE STALOWYCH BLACH FALISTYCH TYPU SUPER COR

1. Wstę p

W pracy omówiono sposób przeprowadzenia badań oraz wyniki pomiarów pod obciąż eniem
statycznym nowo wybudowanego jednoprzę słowego mostu drogowego, złoż onego z powłoki
podatnej wykonanej ze stalowych blach falistych typu Super Cor SC–56B, położ onego nad
rzeką Bystrzyca Dusznicka w km 2+240 w ciągu drogi powiatowej nr 45117 Polanica Zdrój
– Szczytna w miejscowości Polanica Zdrój (rys. 1).

Celem badań była ocena zachowania się konstrukcji mostu pod znanym obciąż eniem

dla stwierdzenia słuszności przyję tych założ eń w obliczeniach statyczno-wytrzymałościo-
wych oraz w projekcie próbnego obciąż enia, a takż e określenie jego aktualnej nośności.
Badania dotyczyły głównie oceny rzeczywistej sztywności takiego ustroju nośnego [1], [2].

Badany most został zaprojektowany na klasę obciąż eń B według PN-82/S-10052. Spre-

cyzowane wnioski koń cowe dotyczą przede wszystkim weryfikacji słuszności przyję tych
założ eń projektowych, gdyż jest to pierwszy obiekt o tak duż ej rozpię tości teoretycznej w
Europie, i brak było dotychczas odpowiednich wytycznych do ich projektowania i określenia
warunków dopuszczających tego typu konstrukcje mostowe do normalnej eksploatacji.

Wnioski z tych badań mogą być przydatne w praktyce inż ynierskiej zwłaszcza z tema-

tyki projektowania i przeprowadzania próbnych obciąż eń stalowych mostów drogowych o
konstrukcjach podatnych wykonywanych z blach falistych typu Super Cor i Multiplate.

Ze wzglę du na coraz czę stsze stosowanie w Polsce tego typu obiektów zwłaszcza w

przypadku mostów o małych i średnich rozpię tościach teoretycznych, wnioski z tych badań
moż na uogólnić i odnieść do całej klasy takich rozwiązań konstrukcyjnych.

2. Krótka charakterystyka obiektu

Most w przekroju podłuż nym stanowi ustrój statyczny w postaci jednoprzę słowej, sztywno

utwierdzonej

w

fundamentach,

stalowej

konstrukcji powłokowej (skrzynkowej) o rozpię tości

teoretycznej l

t

=

12,315 m (rys.

2).

Powłokę oparto w ceownikach spoczywających na dwóch

1

Mgr inż ., doktorant, Wydział Budownictwa, Politechnika Opolska

2

Dr hab. inż ., prof. PO, Wydział Budownictwa, Politechnika Opolska

168

ż elbetowych podporach (ławach)
wykonanych z betonu klasy B30.
Przę sło w prze-kroju poprzecznym
składa się z arkuszy blachy falistej
o wymiarach

fali

140×380

mm

połączonych

ze

sobą

za

pomocą

śrub sprę ż ających M20

klasy 8.8. Wysokość fali wynosi
h = 380 mm.

Obiekt ten w celu uzyskania

wię kszej sztywności poprzecznej
oraz moż liwości przenoszenia du-
ż ych obciąż eń normowych został
wzmocniony w trzech miejscach, a
wię c w kluczu i w 2/3 wysokości
konstrukcji oraz przy ławach fun-
damentowych od strony gruntu z

Rys. 1. Widok z boku na badany most drogowy

położ ony w miejscowości Polanica Zdrój

Rys. 2. Konstrukcja mostu złoż ona ze stalowych blach falistych typu Super Cor SC–56B:

a) przekrój podłuż ny, b) widok z boku od strony dolnej wody, c) przekrój poprzeczny

169

obu stron obiektu za pomocą do-
datkowych arkuszy blachy falistej
w rozstawie co 380 mm (szerokość
fali). Ustrój przę sła skonstruowano
jako powłokę

złoż oną ze stalowych

blach falistych obsypaną warstwa-
mi gruntu

(po

około

0

,

20 m)

odpo-

wiednio zagę szczonymi (I

D

= 0,98,

natomiast przy styku gruntu z

kon-

strukcją

stalową

I

D

=

0,95

–

według

Proctora), umoż liwiające ułoż enie
nawierzchni drogowej na podsypce
z

tłucznia. Grunt otaczający kon-

strukcję stalową przenosi duż ą
czę ść

obciąż eń

(około

70%)

poprzez

powstające

w

nim

przesklepienia,

a

pozostałą

czę ść

obciąż eń

przenosi sama

konstrukcja

stalowa

[3],

[4],

[5]. Długości

obiektu

wynoszą:

górą l

g

=

14,00 m

i dołem l

d

= 21,50 m, a jego światło pionowe –

4,75 m. Na przę śle wykonano

ż elbetowe wień ce dla uzyskania wię kszej sztywności poprzecznej oraz w celu zabezpieczenia
pochylenia skarp. Obiekt ten został wyposaż ony w dwie rury przepływowe o średnicy Ø =
1000 mm zwię kszając ilość wody przepływającej przez obiekt w czasie wiosennych
roztopów w razie znacznego podwyż szenia poziomu wody w rzece (rys. 1 i 2).

3. Zakres i technika przeprowadzonych badań

Specyfika konstrukcji ustroju nośnego tego typów mostów wymagała rozszerzenia
pierwotnie opracowanego programu badań [1]. Do realizacji badań pod obciąż eniem statycz-
nym uż yto dwóch samochodów cię ż arowych typu Jelcz Steyr – DKLL 997 i Kamaz 5511

–

WYB 3750 (rys. 3). Ł ączny cię ż ar obu samochodów wynosił ponad 500 kN. Obliczono spo-
dziewane wielkości statyczne, odkształcenia jednostkowe (naprę ż enia) i przemieszczenia od
obciąż eń pochodzących od samochodów. Przewidziano przeprowadzenie badań w pełnym
zakresie statycznym i dynamicznym, obejmującym pomiary zarówno przemieszczeń w wy-
branych przekrojach konstrukcji, jak i odkształceń jednostkowych (pośrednio naprę ż eń
normalnych). Zrealizowano trzy podstawowe schematy obciąż eń (rys. 4), tj. jeden
niesymetryczny (ustawienie obu samochodów przy jednym krawę ż niku – schemat I) oraz

dwa

symetryczne wzglę dem osi podłuż nej mostu (schematy II i III). Ponadto, pominię to

pomiary osiadań podpór (ław fundamentowych), gdyż dla tego typu konstrukcji i
zalegającego pod nią gruntu skalistego nie miało to ż adnego znaczenia, gdyż ewentualne
znikome ich osiadania moż na było uznać, ż e zostały już dokonane, ponieważ nie było widać
ż adnych odchyleń i nieprawidłowości w ich zachowaniu i pracy przed podję ciem i podczas
zasadniczych badań w terenie.

Badania wykonano na bazie dwóch podstawowych układów pomiarowych służ ących

do

pomiarów

odkształceń

jednostkowych oraz

przemieszczeń

pionowych

(ugię ć)

i

poziomych.

Dla każ dego z trzech schematów obciąż eń statycznych (rys. 4) ustawionych w połowie

rozpię tości

teoretycznej

dla

trzech wybranych

przekrojów

podłuż nych

przę sła

(tj. w kluczu

oraz przy wzmocnieniu – zmianie sztywności i przy podporze), przewidziano i dokonano
kilkakrotnych pomiarów w dwóch zasadniczych etapach badań doświadczalnych prowadzo-
nych w terenie, tj. w czasie montaż u stalowej konstrukcji powłoki oraz podczas jej zasypy-

Rys. 3. Widok z boku na most podczas przeprowadzania

badań doświadczalnych (I schemat obciąż eń )

170

wania i zagę szcza-
nia warstwami gru-
ntu oraz po ułoż e-
niu konstrukcji na-
wierzchni jezdni i
całkowitym wyko-
naniu mostu, czyli
pod próbnym obcią-
ż eniem, nastę pują-
cych wielkości wy-
branych fal:
● odkształceń jed-
nostkowych w kie-
runku podłuż nym i
poprzecznym przę -
sła,
● przemieszczeń pio-
nowych (ugię ć) i po-
ziomych kilkuna-stu
wybranych fal,
● efektów oddziały-
wań dynamicznych
na wielkości prze-
mieszczeń

i

od-

kształceń ,
● ciśnień w gruncie.

Ponadto doko-

nano

sprawdzenia

stanu technicznego
konstrukcji przę sła i
podpór mostu przed,
w trakcie, i po bada-
niach statycznych i
dynamicznych [2].

4. Wyniki badań

4.1. Ugię cia

stalowej powłoki

Na rysunku 4 przedstawiono wykresy przemieszczeń pionowych (ugię ć) w przekroju
poprzecznym przę sła (w kluczu) od trzech schematów obciąż eń . Analizując otrzymane
wartości przemieszczeń konstrukcji nośnej badanego mostu uzyskane z

pomiarów

w

porównaniu z obiektami wykonanymi „ tradycyjnymi” metodami (np. z mostu betonowego) o
podobnych rozpię tościach teoretycznych, na których w przeszłości przeprowadzano badania
doświadczalne stwierdzono m.in., ż e są one znacznie mniejsze od przemieszczeń w tych
samych przekrojach dla podobnych obciąż eń . Dotyczyło to wszystkich trzech badanych
przekrojów, i to dla trzech schematów obciąż eń , oraz każ dorazowo miały one charakter
sprę ż ysty.

Rys. 4. Wykresy ugię ć w przekroju poprzecznym przę sła

(w kluczu) od trzech schematów obciąż eń

171

Badany most był po raz pierwszy obciąż any tak duż ym obciąż eniem i przypuszczalnie

nastę powało dopasowywanie się niektórych elementów konstrukcyjnych do siebie, zwłasz-
cza stalowych arkuszy blach falistych do otaczającego je gruntu. Ponadto, wartości ugię ć
obliczeniowych otrzymano przy przyję ciu najniekorzystniejszego założ enia odnośnie sztyw-
ności poszczególnych blach, tj. bez uwzglę dnienia usztywnień poprzecznych w miejscu na-
kładanie się blach, itp. Przeprowadzono również obliczenia wielkości przemieszczeń przy
przyję ciu sztywności projektowanych elementów, z których otrzymano wartości bardziej do
siebie zbliż one, a wię c korzystniejsze z punktu widzenia analizy teoretycznej.

Najbardziej niekorzystnym schematem obciąż eń , co potwierdziły takż e badania do-

świadczalne,

był

schemat III, w któ-
rym oba samochody
były ustawione sy-
metrycznie

wzglę -

dem osi podłuż nej
jezdni, a najwię ksze
przemieszczenia
osiągnę ły wartości
rzę du 3×10

–3

m. W I

i

II

schematach

obciąż eń
przemieszczenia
pionowe

(ugię cia)

stalowej powłoki nie

przekraczały 2×10

–3

m, z tym, ż e w

I

schemacie koncen-
tracja

najwię kszych

ugię ć przebiegała w
pobliż u osi podłuż -
nej mostu, natomiast
w II schemacie w
kierunku zwień czeń
bocznych

mostu

(rys. 4).

4.2. Odkształcenia

jednostkowe w

stalowej powłoce

Na rysunku 5 przed-
stawiono

wykresy

odkształceń jedno-
stkowych w prze-
kroju poprzecznym
mostu w kluczu od
trzech

schematów

obciąż enia. Wielko-
ści odkształceń jed-

Rys. 5. Wykresy odkształceń jednostkowych w przekroju

poprzecznym w kluczu od trzech schematów obciąż enia

172

nostkowych w wybranych przekrojach konstrukcji przę sła były mniejsze do odkształceń spo-
dziewanych we wszystkich analizowanych przekrojach na długości mostu i

w

poszczególnych punktach na wysokości fal.

Najwię ksze odkształcenia jednostkowe od obciąż enia statycznego uzyskano w górnych

przekrojach

fali

przy

ustawieniu taboru samochodowego według III schematu obciąż eń .

Wynoszą one 12,60 MPa (rys. 5), co stanowi

ponad

8%

wykorzystania normowych naprę ż eń

dopuszczalnych (150 MPa) przy granicy plastyczności stali dla konstrukcji Super Cor
wynoszącej 275–380 MPa [4].

Jednocześnie z pomiarów odkształceń jednostkowych w kierunku prostopadłym do osi

podłuż nej fal wynika, ż e wystę powały poprzeczne wygię cia fal wzdłuż ich wysokości, co
uwidaczniało się w wystę powaniu naprę ż eń rozciągających lub ściskających po odpowied-
nich stronach, czyli, ż e doznawały one zginania poprzecznego. Praca całego ustroju nośnego
podczas badań w zakresie obciąż eń statycznych odbywała się w obszarze sprę ż ystym.

Odkształcenia jednostkowe, podobnie jak przemieszczenia stalowej konstrukcji nośnej

przę sła (powłoki) podczas obciąż eń statycznych, powracały, w zasadzie, do pierwotnego
stanu, choć należ ało na to stosunkowo długo czekać – przeciwnie niż podczas badań np.
stalowych przę seł blachownicowych lub skrzynkowych. Zachowanie się ustroju nośnego
podczas badań pod obciąż eniem statycznym nie budziło ż adnych zastrzeż eń . Jedynie fakt
braku ustabilizowania się gruntu otaczającego jego konstrukcję mógł budzić pewne
wątpliwości. Porównując jednak wyniki badań tego mostu z wynikami badań na obiekcie
położ onym w Starym Waliszowie o konstrukcji typu Multiplate [2], który został oddany do
eksploatacji przeszło cztery lata temu, moż na stwierdzić, ż e tego typu konstrukcje zachowują
się w taki sposób, tzn. im obiekt dłuż ej jest eksploatowany, tym jego współpraca z gruntem
jest korzystniejsza (zespolenie się obu ośrodków konstrukcyjnych).

Z porównania uzyskanych rezultatów wynika, ż e wielkości spodziewanych wartości

naprę ż eń normalnych były znacznie wię ksze od wartości naprę ż eń otrzymanych na podsta-
wie pomiarów odkształceń . I w tym przypadku, podobnie jak w przypadku przemieszczeń
ustroju nośnego mostu, moż na mówić o rezerwach nośności wystę pujących w tym obiekcie.
Z wykresów odkształceń jednostkowych wynika (rys. 5), ż e [1], [2]:

§ Mię dzy odczytami początkowymi i koń cowymi odkształceń , albo nie było istotnych

róż nic, albo były tak nieznaczne, ż e mieściły się one w granicach dokładności odczytów na
mostku tensometrycznym, choć należ ało, co już podkreślano, stosunkowo długo czekać po
zjeździe obciąż enia z przę sła dla uzyskania stabilizacji wyników po jego odciąż eniu.

§ Średnie wartości naprę ż eń uzyskane na podstawie pomierzonych odkształceń

jednostkowych były mniejsze od otrzymanych z obliczeń dla tych samych obciąż eń .

4.3. Szerokość współpracują ca konstrukcji nośnej

Zaletą rozwiązań stalowych konstrukcji podatnych mostów drogowych wykonanych z blach
falistych jest moż liwość uwzglę dniania jej współpracy z otaczającym gruntem, którym
najczę ściej są grunty pochodzenia rodzimego. Moż liwość stosowania takich rozwiązań
powstała po wprowadzeniu do budowy takich mostów jako obiektów podatnych zespolonych
z gruntem. Połączenia na śruby sprę ż ające łączące poszczególne arkusze konstrukcji powłoki
stalowej wymuszają współpracę ze sobą zarówno w kierunku podłuż nym, jak i
poprzecznym, ustroju przę sła. Osobnym zagadnieniem jest natomiast sprawa określania
zakresu szerokości konstrukcji nośnej współpracującej z gruntem lub nawierzchnią jezdni
(podbudową). Jest to zadanie trudne, bardzo złoż one i wymaga wnikliwej analizy, ponieważ
od poprawnego określenia współpracy poszczególnych elementów konstrukcyjnych przę sła
w przenoszeniu obciąż eń zależ y prawidłowe wyznaczenie poziomu ich wytę ż enia (rys. 5).

173

Ogólnie uważ a się , ż e szerokość współpracująca konstrukcji powłoki z nawierzchnią
drogową i gruntem zależ y od rozpię tości teoretycznej przę sła oraz od jej wysokości
i sztywności, a takż e od rodzaju podbudowy jezdni. Ponadto, wydaje się również , ż e po-
winna być ona zależ na od sztywności poszczególnych elementów konstrukcji, rodzaju
wzmocnienia, sposobu obciąż enia (nacisk skupiony lub obciąż enie rozłoż one).

5. Analiza i wnioski końcowe z badań pod obcią ż eniem statycznym

Warunkiem pozytywnej oceny wyników badań pod obciąż eniem statycznym według
obowiązujących przepisów i norm odbiorczych (PN-89/S-10050) jest, aby obliczone i po-
mierzone wartości przemieszczeń i odkształceń jednostkowych były zbliż one do siebie, a w
efekcie badań nie wystąpiły uszkodzenia elementów konstrukcyjnych lub ich połączeń , oraz
sama konstrukcja przę sła odkształcała się sprę ż yście w zakresie dopuszczalnych przemiesz-
czeń od obciąż eń zbliż onych do obciąż eń normowych i aż eby nie przekraczały one wartości
ugię ć (naprę ż eń ) obliczonych teoretycznie, zaś ugię cia trwałe konstrukcji wynosiły mniej niż
25% wartości ugię ć sprę ż ystych.

W wyniku przeprowadzonych badań pod obciąż eniem statycznym otrzymano wielko-

ści przemieszczeń i odkształceń jednostkowych (naprę ż eń normalnych) stalowej konstrukcji
przę sła wykonanego z blach falistych. Doświadczenia praktyczne z przeprowadzonych
badań pod obciąż eniem statycznym, a takż e poczynione w trakcie tych badań obserwacje w
pracy stalowej konstrukcji przę sła, jak również szeroka analiza teoretyczną wyników
uzyskanych z pomiarów, i porównanie ich z spodziewanymi, pozwoliło na wysunię cie
nastę pujących wniosków o charakterze ogólnym:
1. Przemieszczenia pomierzone konstrukcji powłoki były znacznie mniejsze od wielkości

spodziewanych we wszystkich trzech badanych przekrojach poprzecznych przę sła.

2. W świetle przeprowadzonych badań konstrukcja przę sła nie budziła ż adnych zastrzeż eń .

Średnie wartości przemieszczeń i odkształceń jednostkowych były mniejsze od spodzie-
wanych prawie we wszystkich rozpatrywanych punktach i przekrojach stalowej konstru-
kcji powłoki i dopuszczalnych podanych w projekcie budowlano-wykonawczym mostu.

3. Położ enie osi oboję tnej w przekrojach poprzecznych stalowej konstrukcji nośnej wyko-

nanej z blach falistych i wartości naprę ż eń dowodzą, ż e z tą konstrukcją współpracują
otaczający ją grunt oraz nawierzchnia (podbudowa) drogowa umieszczona na przę śle.

4. Róż nice w spodziewanych wartościach ugię ć i odkształceń w stosunku do pomierzonych

wynikają najprawdopodobniej z dobrej współpracy gruntu i nawierzchni (podbudowy)
drogowej.

5. Odkształcenia jednostkowe w stalowych elementach konstrukcji powłoki połączonych

na śruby sprę ż ające, wywołane zastosowanym w badaniach obciąż eniem, nie budził
wię kszych obaw i miały one praktycznie charakter sprę ż ysty. Niewielkie odkształcenia
trwałe mogły pochodzić od pewnych niedokładności pomiarów tensometrycznych.
Niewielkie bowiem przemieszczenia trwałe stwierdzone podczas badań mogły
pochodzić najczę ściej od osiadania podpór i dopasowywania się poszczególnych
elementów blach oraz błę dów odczytu, bądź błę dów urządzeń pomiarowych (zmiana
temperatury i wilgotności powietrza w czasie trwania pomiarów).

6. Otrzymany z pomiarów rozkład przemieszczeń sprę ż ystych konstrukcji stalowej

złoż onej z blach falistych typu Super Cor w kierunku poprzecznym przę sła, był
krzywoliniowy (rys. 4).

7. Przy ocenie sztywności tego typu przę seł, osiadań nie powinno się uwzglę dniać, a jedy-

nie porównywać pomierzone ugię cia sprę ż yste z wartościami obliczeniowymi.

8. Na podstawie przeprowadzonych badań pod obciąż eniem statycznym moż na było dopu-

ścić most do badań dynamicznych, a nastę pnie do normalnej jego eksploatacji.

174

Badania mostu pod próbnym obciąż eniem wykonano po około jednym miesiącu od

przeprowadzenia pierwszego etapu badań (bez nawierzchni jezdni). Analizując i porównując
otrzymane wyniki badań z tych dwóch etapów, moż na stwierdzić, ż e przemieszczenia i od-
kształcenia jednostkowe pomierzone podczas próbnego obciąż enia są około 25% mniejsze
od pomierzonych w pierwszym etapie badań . Moż na, zatem stwierdzić jednoznacznie, ż e
bardzo duż y wpływ na stalową konstrukcję powłoki wykonaną z blach falistych ma rodzaj i
grubość wykonanej zasypki oraz podbudowy, jak i samej nawierzchni drogowej na znaczne
zmniejszenie wielkości przemieszczeń i odkształceń jednostkowych.

Literatura

[1] BĘ BEN D., MAŃ KO Z., Sprawozdanie z badań statycznych dwóch obiektów

mostowych położ onych nad rzeką Bystrzyca Kłodzka w Polanicy Zdroju wykonanych z
blach falistych typu Super Cor. Centrum Naukowo-Badawcze Rozwoju Budownictwa
MOSTAR, Wrocław, wrzesień 2001.

[2] BĘ BEN D., MAŃ KO Z.,

Sprawozdanie z badań doświadczalnych mostu nad potokiem

Pławna w Starym Waliszowie wykonanego z blach falistych typu Multiplate. Centrum
Naukowo-Badawcze Rozwoju Budownictwa MOSTAR, Wrocław, marzec 2002.

[3] JANUSZ L., MADAJ A., Wzmacnianie obiektów mostowych przy wykorzystaniu

konstrukcji podatnych z blach falistych. X Seminarium „ Współczesne Metody
Wzmacniania i Przebudowy Mostów”, Poznań -Kiekrz, 8-9 czerwca 2000, s. 77-91.

[4] MADAJ A., JANUSZ L., VASLESTAD J., Badania ceglanego przepustu wzmocnione-

go konstrukcją stalową z blach falistych. XI Seminarium „ Współczesne Metody
Wzmacniania i Przebudowy Mostów”, Poznań -Kiekrz, 26-27 czerwca 2001, s. 98-105.

[5] MADAJ A., VASLESTAD J., JANUSZ L., Badania in situ przepustu stalowego

z blach falistych uż ytego do przebudowy ramowego wiaduktu kolejowego. IX Semina-
rium „ Współczesne Metody Wzmacniania i Przebudowy Mostów”, Poznań -Kiekrz,
8-9 czerwca 1999, s. 106–117.

RESEARCH OF ROAD BRIDGE MADE

OF STEEL CORRUGATED PLATES TYPE SUPER COR

Summary

This paper presents a procedure of making a research, results of a measurements and
calculation static-strength under load static new building one span of road bridge made of
steel corrugated plates type Super Cor. Research falling steel object bridge made of
corrugated plates about box structure Super Cor type SC–56B situated across Bystrzyca
Dusznicka River in Polanica Zdrój. Corollary with this research will be useful for practice
engineering chiefly with subject matter design and experimentation load testing of road
bridges made of steel corrugated plates types Super Cor and Multiplate. In consideration of
most often employment in Poland this type structure in example small and middle effective
span bridges, corollary with this research will be to generalize for all class this structure.