Nowe dane i procedury dotyczące projektowania nowych mostów i modernizacji istniejących
Częstotliwość i koszty napraw mostów w Europie znacznie wzrosły. Wynika to z większego ruchu niż zakładano podczas projektowania, trudnych warunków środowiskowych, stosowania soli odladzających, złej jakości materiałów budowlanych i nienależytego utrzymania.
Nowe sposoby projektowania i modernizacji mostów zespolonych stalowo-betonowych
Sprężanie zewnętrzne jest sprawdzoną metodą modernizacji istniejących i budowy nowych mostów. „Oznaczające się właściwościami antykorozyjnymi i wysoką wytrzymałością kompozyty z polimerów wzmacnianych włóknami (FRP) są coraz częściej wykorzystywane do produkcji cięgien zewnętrznych zamiast konwencjonalnych cięgien stalowych”, wyjaśnia Theodore Karavasilis, koordynator finansowanego przez UE projektu TimePresCompBridge. Cięgna to stalowe kable lub druty stosowane w strunobetonowych elementach konstrukcyjnych, takich jak belki. Dotychczasowe badania nad zewnętrznie sprężanymi mostami zespolonymi stalowo-betonowymi były skoncentrowane na krótkoterminowych obciążeniach. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Problemem jest jednak niemożliwa do uniknięcia utrata długoterminowej wydajności sprężanych mostów zespolonych, zwłaszcza przy zastosowaniu cięgien z FRP”, zauważa Karavasilis. Sprężanie to metoda stosowana w budownictwie w celu wzmocnienia konstrukcji.
Ocena skuteczności zewnętrznych cięgien z FRP
Partnerzy projektu opracowali solidną technikę analizy i projektowania mostów zespolonych stalowo-betonowych, które są sprężane zewnętrznymi cięgnami z FRP. Oceniali ich wytrzymałość na zginanie oraz obliczali momenty wtórne w dwuprzęsłowych belkach zespolonych stalowo-betonowych. W numerycznym badaniu parametrycznym analizowano skuteczność wzmocnienia ciągłej stalowo-betonowej belki zespolonej z cięgnami zewnętrznymi o różnych przekrojach. Dodatkowo, uczestnicy projektu TimePresCompBridge badali momenty wtórne w ciągłych strunobetonowych belkach zespolonych, które mają różne układy cięgnowe, pod symetrycznymi i niesymetrycznymi obciążeniami. Wyniki wskazują, że zewnętrzne naprężenia wstępne nie tylko znacząco zwiększają nośność, ale także poprawiają zdolność redystrybucji momentu ciągłych belek stalowo-betonowych. Co więcej, analiza pokazuje, że w ciągłej sprężonej belce zespolonej występują istotne momenty drugorzędne w całej historii obciążenia. „Dlatego w projektowaniu parametrów wytrzymałościowych tego typu mostów trzeba uwzględnić momenty wtórne”, zauważa Karavasilis. Badacze ocenili zastosowanie zewnętrznych cięgien z FRP zamiast cięgien stalowych do sprężania stalowych i betonowych dźwigarów zespolonych. Przeprowadzili symulacje numeryczne na jedno- i dwuprzęsłowych strunobetonowych belkach zespolonych. W szczególności porównano polimer wzmacniany włóknami węglowymi (CFRP), polimer wzmacniany włóknami aramidowymi (AFRP) oraz konwencjonalne cięgna ze stali w odniesieniu do poziomów sprężania od 0 % do 60 %. „Wyniki pokazują, że zachowanie się dźwigarów z CFRP i cięgien stalowych jest podobne, podczas gdy cięgna z AFRP pozwalają na uzyskanie mniejszych obciążeń granicznych i większej odkształcalności”, dodaje Karavasilis. „Inicjatywa TimePresCompBridge odpowiada na potrzebę dotyczącą projektowania nowych mostów, które będą bardziej ekonomiczne, będą zużywały mniej materiałów i miały dłuższą żywotność, a także dotyczącą modernizacji i utrzymania naszych mostów przy minimalnych zakłóceniach ruchu i przerwach w eksploatacji”, podsumowuje Karavasilis. W ramach kontynuacji projektu konsorcjum ocenia obecnie konkurencyjność mostów zespolonych sprężonych stalowo-betonowych z zewnętrznymi cięgnami z FRP w rzeczywistych warunkach, biorąc pod uwagę zarówno ich właściwości konstrukcyjne, jak i koszty.
Słowa kluczowe
TimePresCompBridge, most, cięgno, FRP, cięgno z FRP, zespolony most stalowo-betonowy, belka zespolona, zespolony stalowo-betonowy sprężony, zespolony most stalowo-betonowy sprężony
