II. 47 Kształtowanie konstrukcyjne mostów belkowych i sposób analizy rusztu głównego w takich mostach.

Kształtowanie dźwigarów głównych w mostach belkowych.

Dźwigary jednoprzęsłowe. Ustroje wolnopodparte są mniej ekonomiczne od ustrojów ciągłych, maja większą wysokość, a tym samym większy ciężar własny i większe zużycie materiału. W przeciętnie skonstruowanym przęśle mostu dwudźwigarowego stosunek wysokości dźwigara do jego rozpiętości waha się między

i w mostach kolejowych, a między i w mostach drogowych. Dźwigary główne jednoprzęsłowe wykonuje się o pasach równoległych, które to uwarunkowane jest względami estetycznymi i wykonawczymi. Dla uzyskania lepszej stateczności można zmniejszyć wysokość dźwigara nad podporą.

Wprowadzenie zmienności przekroju na długości ma wpływ na wielkość ugięcia.

Dźwigary ciągle wieloprzęsłowe. Stosunek wysokości przekroju do rozpiętości przęsła wahają się w granicach

do . Korzystny efekt na wysokości przęsła można uzyskać powiększając wysokość dźwigara nad podporami. Zmianę wysokości uzyskuje się przez proste skosy o nachyleniu do , albo prowadząc pas dolny wg krzywej parabolicznej. Przy takim rozwiązaniu można uzyskać wysokość środkowego w przęśle środkowym równą jego rozpiętości. Przekroje podporowe jako bardziej sztywne przyjmują na siebie większe momenty, maleją natomiast momenty przęsłowe. Zwiększenie przekroju nad podporami wpływa korzystnie na wielkość ugięć przęseł, które maleją.

Linia wpływowa momentów w dźwigarze o stałym przekroju (ciągła) i o zmiennym przekroju (przerywana).

Sztywność belkowych przęseł mostowych

W mostach bardzo ważna sprawą jest odpowiednia sztywność konstrukcji, wyraża ją wartość strzałki ugięcia od obc. ruchomego. Dopuszczalna wartość strzałki ugięcia dla dźwigarów pełnowartościowych wynosi:

- w mostach kolejowych f_dop = rozpiętości

- w mostach drogowych f_dop = rozpiętości

Należy także pamiętać o wpływie sztywności na częstość drgań własnych, a z kolei częstość drgań własnych, drgań wymuszonych oraz własności tłumienia są parametrami, od których zależy współczynnik dynamiczny.

Ruszt jest to układ belek usztywnionych względem siebie prostopadle lub ukośnie i sztywno połączonych. Ten rodzaj konstrukcji może być analizowany na modelu płyty, jeżeli rozstawy belek są relatywnie małe w porównaniu z szerokością i długością konstrukcji.

Ruszt belkowy ze sztywna poprzecznicą.

Jeżeli ustrój belkowy jest niezbyt szeroki ( < 0.5) i posiada sztywne, gęsto rozmieszczone poprzecznicę, to można go z przybliżeniem potraktować jako ruszt belkowy przegubowy z jedną środkową poprzecznicą nieskończenie sztywną (Ip = ∞). Przy takim założeniu obciążenie zewnętrzne P działające na poprzecznicę w odległości e od środka ciężkości przekroju belek głównych, spowoduje jej przemieszczenie pionowe i obrót. Przemieszczenie pionowe tej poprzecznicy wywoła w dźwigarach głównych reakcję R_i = , gdzie n - liczba dźwigarów. Przyjmując wstępnie że I₁=I₂=...=I_n. Reakcje w dźwigarach głównych spowodowane obrotem poprzecznicy (od momentu M_s=P*e) będą spełniały równanie:

Jeżeli siła aP = 1 będzie poruszać się po poprzecznicy, to dla każdego położenia siły można wyznaczyć nacisk

Przypadający na dowolny dźwigar. Otrzymamy wtedy linię wpływu poprzecznego rozdziału obciążeń. Łatwo zauważyć, że linia wpływu będzie prostą.

W schemacie obliczeniowym rusztu można też przyjąć sztywne połączenie dźwigarów z poprzecznicą. Obrót poprzecznicy spowoduje wtedy oprócz ugięcia również skręcanie dźwigarów głównych. Obrót poprzecznicy wywoła w dźwigarach głównych reakcję R₁^s oraz moment skręcający M_s wielkość tego momentu wynosi

W mostach wielodźwigarowych o dźwigarach jednościennych, posiadających małą sztywność na skręcanie w porównaniu ze sztywnością na zginanie, wpływ skręcania można pominąć. Obliczenie sił wewnętrznych w poprzecznicach skrajnych można przeprowadzić jak dla belek ciągłych opartych na podporach niepodatnych, jeżeli obc. działają na nie bezpośrednio. W ten sposób określimy siły poprzeczne i momenty w poprzecznicach środkowych. W poprzecznicach musimy także określić wielkości sił wewnętrznych wynikające z przestrzennego charakteru pracy ustroju. Rzędne lini wpływu momentu i siły poprzecznej w dowolnym przekroju poprzecznicy wyznaczyć z zależności:

a) dla siły P=1 położonej z lewej strony przekroju r

M_r = -(x-x_r)+∑n_i (b₁-x_r)

Q_r = -1+∑n_i

b) dla siły P=1 położonej z prawej strony przekroju r

M_r = ∑n_i (b₁-x_r)

Q_r = ∑n_i

Gdzie: x - mimośród siły P

x_r - odległość przekroju r od środka ciężkości przekroju poprzecznego

∑n_i - suma nacisków z lewej strony przekroju r

Ruszt żelbetowy

Częśc II

II. 48 Metody Realizacji belkowych mostów betonowych i ich wpływ na wytężenie i ukształtowanie obiektu mostowego

Metody realizacji tych mostów:

1. Przęsła monolityczne betonowane na miejscu budowy

2. Przęsła monolityczne prefabrykowane w całości

3. Przęsła z belek prefabrykowanych zespolonych z płytą betonowaną na miejscu

4. Przęsła montowane w całości z elementów prefabrykowanych

Ustroje o belkach:

- wolnopodpartych:

- wolnopodpartych ze wspornikami:

- ciągłych bezprzegubowych:

- ciągłych przegubowych:

- wspornikowych, złączonych z podporami i spiętych przegubowo-przesuwnie w przęśle:

- wspornikowych, złączonych z podporami i spiętych za pomocą belek swobodnie podpartych na końcach wsporników:

Kształtowanie przekroju poprzecznego mostów belkowych:

h_b belki prostokątne - dla mostów żelbetowych = 8÷12

- dla mostów sprężonych = 10÷18

Jeżeli belki dwuteowe - dla mostów żelbetowych = 10÷12

- dla mostów sprężonych = 12÷24

= 4÷5

Belki prefabrykowane 1) Płońsk 2)Poznań 3)WBS

1) 2) 3)

L_t ≤ 15÷24m

Przekroje poprzeczne monolitycznych mostów belkowych:

Rys 2. a. b. c. d - przekroje poprzeczne pełne e. f. przekroje belkowe skrzynkowe.

Ad. 1 Metody wykonywania mostów o małych przęsłach L < 30m

a) Wykonanie przęseł i układów wieloprzęsłowych przy użyciu rusztowań stacjonarnych.

Obiekty o indywidualnym charakterze, typu przekroju poprzecznego przęsła oraz rozstawu i kształtu belek o skomplikowanym rzucie i zróżnicowanych warunkach podparcia daje betonowanie na miejscu przy użyciu rusztowań. Są to układy rusztowaniowe z inwentaryzowanych elementów, które składają się z elementów dźwigarów nośnych, podpór, płyt deskowniowych, układów stężających i urządzeń regulacyjnych. To lekkie powtarzalne elementy stalowe lub ze stopów tytanowych. Dźwigary cechuje prostota scalenia z elementów, łatwość montażu oraz zakładania stężeń. Postęp budowy 1 do 2m dziennie.

Metody wykonywania mostów o średnich przęsłach 30m < L <60 do 70m.

b) Wykonywanie mostów za pomocą rusztowań przesuwnych.

Wieloprzęsłowe monolityczne ciągłe ustroje są wykonywane sukcesywnie segmentami. Na ogół długość jednorazowego betonowania i sprężania odpowiada rozpiętości przęsła. Selekcja obejmuje około 80% dł. przęsła poprzedniego i około 20% dł. przęsła następnego. Technologia budowy za pomocą tych rusztowań obejmuje obszar obiektów belkowych ciągłych o liniowym charakterze układu konstrukcyjnego, co oznacza:

- znaczną całkowitą długość obiektu (ponad 300m)

- jednolitość schematu statycznego

- zbliżone rozpiętości przęseł i małą zmienność przekroju poprzecznego

- małe krzywizny poziome (R ponad 400m) i pionowe konstrukcji.

Rusztowania przejezdne po terenie są stosowane przy małych wysokościach podpór do (8m do10m) i nieznacznych różnicach wysokości terenu i małych rozpiętościach przęseł (do około 30m). W grupie rusztowań przesuwnych możemy wyróżnić dwa układy konstrukcyjne:

- urządzenia typu suwakowego, które składają się z dźwigarów głównych i z dźwigara środkowego nośno - transportowego.

- urządzenia, które składają się tylko z dźwigarów głównych.

Długość dźwigarów zewnętrznych odpowiada długości przęsła, natomiast dł. dźwigara środkowego przekracza dwie długości przęsła. Dzięki takiej technologii wykonania występuje ciągłość ustroju przy obciążeniach ruchomych i stałych naniesionych po jego zwarciu. Postęp budowy 3 do 4m dziennie. Długość obiektu wieloprzęsłowego około 250 do 300m.

Metody wykonywania mostów o dużych przęsłach.

c) betonowanie nawisowe

Przęsła belkowe o rozpiętościach 60 do 100m. Konstrukcje są betonowane segmentami długości kilku (3 do 5) metrów symetrycznie względem filarów przy użyciu wózków rusztowaniowych mocowanych do wcześniej wykonanych partii obiektu. Po sprężeniu wózki są przesuwane na wykonane segmenty.

Belki wspornikowe omawianego systemu odznaczają się małą stosunkowo wysokością w środku przęseł

(÷) L_MAX, zależą głównie od potrzeb konstrukcyjnych i miejscowych oddziaływań, a równocześnie dużą wysokością nad podporami pośrednimi (÷) L_MAX. Wadą rozwiązania są stosunkowo znaczne przemieszczenia pionowe przy obc. Ruchomych i załomy linii ugięcia w miejscach przegubów. Postęp budowy przy użyciu dwóch urządzeń wynosi od 1 do 2m dziennie.

Ad.2

Metody wykonywania mostów o małych przęsłach L < 30m.

Przy niewielkich rozpiętościach przęseł drogowych i kolejowych, w przypadku posiadania odpowiednich środków transportowych i montażowych, można prefabrykować przęsła w całości i ustawiać je na uprzednio wykonanych podporach. Dostanie przęseł prefabrykowanych w całości na miejsce budowy ogranicza czas budowy mostu do minimum.

Ad.3

Metody wykonywania mostów o małych przęsłach L < 30m.

1. Prefabrykowanie belek lub przęseł i ich montaż.

Prefabrykacja belek lub przęseł i montaż ich na podporach charakteryzuje się bardzo szybkim tempem budowy ok. 5 do 7m dziennie i stosowana dla obiektów o niewielkiej rozpiętości. W przypadku dużych rozpiętości są stosowane belki układane w dużych rozstawach, na których betonowana jest płyta pomostowa.

Belki prefabrykowane z betonu zbrojonego lub sprężonego , ustawione w odpowiednich odstępach na podporach, mogą służyć równocześnie do oparcia deskowania płyty pomostu betonowanej na miejscu. Między prefabrykatami belkowymi powstaje nieprzesuwne połączenie dzięki przyczepności betonu oraz odpowiednim strzemionom, wysuniętym z belek. Przez wykonanie płyty pomostu, a niekiedy i części przekroju belek podłużnych i poprzecznych na miejscu budowy zmniejsza się poważnie ciężar prefabrykatów w porównaniu do rozwiązań składanych w całości z prefabrykatów. Występuje tu bardzo dobra współpraca płyty betonowej z belką prefabrykowaną, ponieważ oboje podlegają pełzaniu i skurczowi. Dzięki pełzaniu silniej obciążonego prefabrykatu płyta i tak przejmuje na siebie część naprężeń od obc. stałego.

Ad.4

Metody wykonywania mostów o małych przęsłach L < 30m.

Można tu wyodrębnić kilka wariantów rozwiązań różniących się między sobą sposobem podziału ustroju przęsła na elementy prefabrykowane, metodą montażu i zwarcia.

1. Podział ustroju przęseł na elementy belkowe i płytowe: belki prefabrykuje się w całości lub składa z segmentów i spręża, a następnie ustawia na podporach bezpośrednio obok siebie; po zespoleniu, stopki górne tworzą płytę pomost

2. Podział ustroju przęseł na elementy belkowe i płytowe: belki ustawia się na podporach w pewnych odstępach od siebie; prefabrykaty płytowe osadza się na górnych półkach belek; zespolenie uzyskuje się przez zabetonowanie przerw między prefabrykatami z wyprowadzonymi tam strzemionami belek i zbrojeniem płyty.

3. Podział ustroju przęseł na segmenty obejmujące całą szerokość przekroju poprzecznego: segmenty łączy się przez podłużne sprężenie.

Przy łączeniu elementów prefabrykowanych ze sobą znajdują zastosowanie różne rodzaje styków. Od sposobu rozwiązania zależy sprawność i szybkość montażu. Styki możemy podzielić na:

• sprężone

- z betonu zbrojonego

• ze sztywnych elementów

Styki sprężone przy poprawnym wykonaniu najbardziej zapewniają pełne zespolenie łączonych elementów. Styki z betonu zbrojonego najbardziej pełne połączenie zapewnia spawanie zbrojenia wystającego z prefabrykatów, i tak po zabetonowaniu może on przenosić momenty jak i siły podłużne i poprzeczne. Styki ze sztywnych elementów stalowych łączonych przez spawanie pozwalają na szybkie prowadzenie montażu bez czekania na zabetonowanie i stwardnienie betonu.

Wybór przekroju podłużnego mostu.

A) Mosty belkowe jednoprzęsłowe

W rozwiązaniach mostów jednoprzęsłowych znajdują ustroje belkowe bez wsporników lub ze wspornikami. Dźwigary te opiera się na podporach swobodnie lub łączy się przegubowo. Jednoprzęsłowe belki bez wsporników wymagają stosowania przyczółków na połączeniu z nasypem drogowym, natomiast dźwigary belkowe ze wspornikami o dużym wysięgu, wpuszczonymi w nasyp, znajdują zastosowanie w mostach drogowych. Wielkość wsporników belek ograniczona jest dopuszczalnymi ugięciami przęsła pod działaniem obc. ruchomych jak również wymagania dotyczące znaku i wielkości momentów zginających na środkowym odcinku przęsła. W porównaniu do belek wolno podpartych wysokość belek wspornikowych w środku przęsła może być mniejsza. W rozwiązaniach z betonu sprężonego, gdy ugięcie i warunki techniczne na to pozwalają, obiera się takie długie wsporniki, przy których w przęśle powstają zawsze momenty jednego znaku (ujemne).

B) Mosty belkowe wieloprzęsłowe

Mosty wieloprzęsłowe można projektować jako układy złożone z dźwigarów belkowych jednoprzęsłowych lub jako belki ciągłe i ciągłe przegubowe. Belki ciągłe z betonu zbrojonego znalazły zastosowanie przy rozpiętościach do 35÷40m, natomiast przy średnich rozpiętościach głównie stosujemy rozwiązania belkowe z betonu sprężonego do około 500m. Przy prefabrykacji odcinkami i sprężeniu, naprężenia skurczowe przy znacznej długości nie są groźne. Istnieją tez wystarczające środki zapewniające swobodę przesuwu ustroju na skutek zmian temperatury, skurczu i pełzania od obc. ruchomych. W mostach o dużej rozpiętości przeguby mogą być elementem pożądanym, gdyż odpowiednie ich rozmieszczenie pozwala na wprowadzenie korekty do obwiedni momentów zginających. Obecność przegubów przy betonowaniu rozgranicza sekcje betonowania i zmniejsza skurcz betonu. Z wyżej wymienionych względów belki ciągłe przegubowe znajdują często zastosowanie w mostach o dużej rozpiętości, zwykle połączeniu z nawisowym sposobem wykonania.

7

---