Οι γέφυρες είναι από τις πιο απαιτητικές εφαρμογές του δομικού χάλυβα. Τα ανοίγματα πρέπει να φέρουν βαριά και επαναλαμβανόμενα φορτία κυκλοφορίας, να αντιστέκονται σε ανέμους και σεισμικές ενέργειες και να παραμένουν λειτουργικά για δεκαετίες. Οι χαλύβδινες κατασκευές ζευκτών ικανοποιούν αυτές τις απαιτήσεις με ένα ανοιχτό πλαίσιο τριγωνικών μονάδων που μεταφέρει φορτία κυρίως μέσω αξονικών δυνάμεων, παρέχοντας υψηλή αναλογία αντοχής-προς-βάρους και μεγάλα καθαρά ανοίγματα χωρίς ενδιάμεσα στηρίγματα.
Τι είναι μια κατασκευή δοκών από χάλυβα;
Ένα χαλύβδινο δοκό είναι ένα πλαίσιο ευθύγραμμων χαλύβδινων μελών που συνδέονται σε ενώσεις για να σχηματίσουν άκαμπτα τρίγωνα. Επειδή ένα τρίγωνο δεν μπορεί να αλλάξει σχήμα χωρίς να αλλάξει το μήκος των πλευρών του, ο δοκός είναι εγγενώς σταθερός και τα φορτία στα μέλη είναι κυρίως αξονικά: τάση σε ορισμένα μέλη και συμπίεση σε άλλα. Αυτή η γεωμετρία επιτρέπει πολύ αποτελεσματική χρήση υλικού σε σύγκριση με μέλη που μεταφέρουν φορτία στην κάμψη.
Κύρια Εξαρτήματα
Κορυφαία συγχορδία:το άνω διαμήκες μέλος, κυρίως φορτωμένο σε συμπίεση και στηρίζοντας τα φορτία του καταστρώματος ή της οροφής από πάνω.
Κάτω χορδή:το κατώτερο διαμήκες μέλος, κυρίως φορτωμένο σε τάση.
Μέλη Ιστού:τις διαγώνιες και κάθετες που συνδέουν τις δύο χορδές και χωρίζουν το ζευκτό σε τριγωνικά πλαίσια.
Συνδέσεις:Ελαστικές πλάκες με-μπουλόνια ή συγκολλήσεις υψηλής αντοχής που μεταφέρουν δυνάμεις μεταξύ των μελών στους αρμούς.
Κοινοί τύποι χαλύβδινων δικτυωμάτων για γέφυρες
| Τύπος ζευκτού | Διάταξη μέλους Ιστού | Τυπική χρήση |
|---|---|---|
| ζευκτό Pratt | Οι διαγώνιοι έχουν κλίση προς τα κάτω προς το κέντρο. κατακόρυφα σε συμπίεση, διαγώνιες σε τάση | Γέφυρες σιδηροδρόμων και αυτοκινητοδρόμων, κατασκευές στέγης μεγάλου-ανοίγματος |
| ζευκτά Warren | Σειρά ισόπλευρων τριγώνων χωρίς κατακόρυφα (ή με πρόσθετα κατακόρυφα για μεγάλα πλαίσια) | Μεγάλες-γέφυρες, υπόστεγα αεροσκαφών, καθαρές-δομές |
| Χάου ζευκτά | Οι διαγώνιες κλίση προς τα πάνω προς το κέντρο? διαγώνιες σε συμπίεση | Γέφυρες βαρέως τύπου-και κατασκευές στέγης όπου εμφανίζονται μεγάλες δυνάμεις μελών |
| Φινκ ζευκτό | Σχήμα W{0}}υποδιαίρεση των πλαισίων ιστού | Στέγες κατοικιών και εμπορικών χώρων, κατασκευές με μικρότερο-ανάγκωμα |
Η επιλογή της γεωμετρίας του ζευκτού καθοδηγείται από το μήκος του ανοίγματος, το μέγεθος του φορτίου, την οικονομία κατασκευής και τη μέθοδο ανέγερσης θέσης και θα πρέπει να επιβεβαιωθεί με δομική ανάλυση σύμφωνα με τον ισχύοντα κώδικα σχεδιασμού.
Γιατί τα Steel Trusses ταιριάζουν στη Bridge Engineering
Αποτελεσματική μεταφορά αξονικού φορτίου
Τα μέλη ενός ζευκτού εργάζονται σε τάση ή συμπίεση, η οποία χρησιμοποιεί την πλήρη αντοχή του χαλύβδινου τμήματος. Αυτό είναι ουσιαστικά πιο αποτελεσματικό υλικό-από την κάμψη-κυριαρχούμενων δοκών ισοδύναμου ανοίγματος και μειώνει το νεκρό βάρος της υπερκατασκευής.
Μεγάλα καθαρά ανοίγματα
Επειδή το σύστημα τριγωνικού ιστού κατανέμει δυνάμεις στις χορδές, τα ζευκτά μπορούν να εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις με σχετικά μικρά βάθη μελών, μειώνοντας τον αριθμό των ενδιάμεσων πυλώνων και το μέγεθος των θεμελίων.
Χαμηλό νεκρό βάρος και σεισμική απόκριση
Οι ελαφρύτερες υπερκατασκευές δημιουργούν μικρότερες αδρανειακές δυνάμεις υπό σεισμική διέγερση. Για γέφυρες σε ενεργές ζώνες, αυτό μπορεί να μειώσει σημαντικά τις ενέργειες σχεδιασμού που μεταδίδονται σε προβλήτες και στηρίγματα.
Προκατασκευή και Γρήγορη ανέγερση
Τα μέλη δοκών και τα δευτερεύοντα συγκροτήματα-μπορούν να κατασκευαστούν στο κατάστημα με τρυπημένες ή συγκολλημένες συνδέσεις και να τοποθετηθούν επιτόπου με μπουλόνια υψηλής{{1} αντοχής, που μειώνουν τον χρόνο κατασκευής και μειώνουν την εργασία σε ύψος σε σύγκριση με την εκτεταμένη συγκόλληση πεδίου.
Εφαρμογές χαλύβδινων δικτυωμάτων στη μηχανική γεφυρών
Γέφυρες σιδηροδρόμων και αυτοκινητοδρόμων:τα ζευκτά μεταφέρουν βαριά κυκλικά φορτία κυκλοφορίας και χρησιμοποιούνται ευρέως για μεσαίες- και μεγάλες-διαβάσεις.
Πεζογέφυρες και αστικές διαβάσεις:Τα ανοιχτά-δικτυώματα ιστού παρέχουν λεπτές, ελαφριές κατασκευές με αρχιτεκτονική εμφάνιση.
Προσωρινή και στρατιωτική γέφυρα:Τα αρθρωτά, πλήρως βιδωτά συστήματα δοκών, όπως οι γέφυρες τύπου Bailey- αναπτύσσονται για παρακάμψεις, διασταυρώσεις έκτακτης ανάγκης και στρατιωτική επιμελητεία.
Κατασκευές καμάρας και ανάρτησης:Τα δικτυώματα χρησιμοποιούνται ως ενισχυτικές δοκοί σε κρεμαστές γέφυρες και ως κύρια νευρώσεις δεμένων-τοξωτών γεφυρών.
Οδογέφυρες και υπερυψωμένοι δρόμοι:Τα ανοίγματα ζευκτών επιλέγονται όπου χρειάζονται μεγάλα καθαρά ανοίγματα πάνω από δρόμους, ποτάμια ή σιδηροδρόμους.
Steel Truss vs Box Girder: Πώς να επιλέξετε
| Συντελεστής Επιλογής | Χαλύβδινη γέφυρα ζευκτών | Steel Box Girder Bridge |
|---|---|---|
| Μηχανισμός μεταφοράς φορτίου | Αξονικές δυνάμεις μέσω τριγωνικών μελών ιστού | Κάμψη και διάτμηση μέσω κλειστού κοίλου τμήματος |
| Αναλογία δύναμης-προς-βάρους | Ψηλά; αποτελεσματικό για πολύ μεγάλα διαστήματα | Καλός; βαρύτερο ανά μονάδα ικανότητας κάμψης |
| Στρεπτική ακαμψία | Μέτριος; απαιτεί στήριγμα για στρέψη | Εξαιρετικό, λόγω της κλειστής διατομής- |
| Καταλληλότητα ανοίγματος | Μεγάλα έως πολύ μεγάλα διαστήματα | Μεσαία έως μεγάλα ανοίγματα, συμπεριλαμβανομένων καμπύλων ευθυγραμμίσεων |
| Επιμελητεία | Τα ανοιχτά μέλη μπορούν να αποσταλούν ως εξαρτήματα-κάτω και να βιδωθούν επί τόπου | Τα κλειστά κελιά είναι συχνά υπερμεγέθη και μπορεί να απαιτούν ειδική μεταφορά ή αποστολή χύδην |
| Εργασία στο χώρο | Γρήγορη-βιδωτή συναρμολόγηση | Περισσότερη συγκόλληση και χειρισμός στο χώρο για κλεισίματα και συναρμογές |
| Αισθητική | Βιομηχανική, γεωμετρική εμφάνιση | Κομψή, μινιμαλιστική εμφάνιση |
Στην πράξη, η απόφαση λαμβάνεται από τον σχεδιαστή: τα ζευκτά επιλέγονται για μεγάλα ανοίγματα, ελαφριά θεμέλια και αρθρωτή ανέγερση. Οι δοκοί κουτιού προτιμώνται για καμπύλες ευθυγραμμίσεις, υψηλές απαιτήσεις στρέψης και λεπτά οπτικά προφίλ.
Κατασκευή και ποιοτικός έλεγχος ζευκτών γεφυρών
Η χαλυβουργία γεφυρών υπόκειται σε αυστηρότερους κανόνες από τη χαλυβουργική κατασκευή λόγω κούρασης. Η συγκόλληση πρέπει να εκτελείται και να επιθεωρείται σύμφωνα με το AWS D1.5 (συγκόλληση γέφυρας) ή την ισχύουσα εθνική προδιαγραφή και ο συνολικός σχεδιασμός ακολουθεί κωδικούς όπως AASHTO LRFD, EN 1993 (Ευρωκώδικας 3) ή GB 50017. Οι συνιστώμενες πρακτικές περιλαμβάνουν:
Πλήρης ιχνηλασιμότητα υλικού μέσω πιστοποιητικών δοκιμής μύλου που εκδίδονται σύμφωνα με το EN 10204.
100% εργοστασιακή προ-συναρμολόγηση με οπές-ομαδικές και γεωμετρικές ανοχές επαληθευμένες πριν από την αποστολή.
Μη-μη καταστρεπτική δοκιμή (UT, MT) κρίσιμων συγκολλήσεων, με αρχεία πιστοποίησης της διαδικασίας συγκόλλησης.
Αντιδιαβρωτική προστασία βαρέως τύπου που καθορίζεται στο ISO 12944 για την κατηγορία έκθεσης, συμπεριλαμβανομένου του καθαρισμού εκτόξευσης σε Sa 2.5 και συμβατών συστημάτων επίστρωσης.
Ελεγχόμενη προ-κύρτωση: οι καμπύλες κοπής μελών και η γεωμετρία του συγκροτήματος έχουν ρυθμιστεί έτσι ώστε η παραμόρφωση του νεκρού φορτίου-να αντισταθμίζεται στην ανορθωμένη κατασκευή.
Συχνές Ερωτήσεις
Ποιος τύπος ζευκτών είναι καλύτερος για σιδηροδρομική γέφυρα;Τα ζευκτά Pratt και Howe χρησιμοποιούνται και τα δύο συνήθως για σιδηροδρομικές γέφυρες επειδή οι διατάξεις ιστού τους ταιριάζουν με τα συγκεντρωμένα, κυκλικά φορτία της σιδηροδρομικής κυκλοφορίας. Η τελική επιλογή εξαρτάται από το άνοιγμα, τους περιορισμούς βάθους και την οικονομία κατασκευής και πρέπει να επαληθευτεί με ανάλυση στον ισχύοντα κώδικα.
Ποιες ποιότητες χάλυβα είναι χαρακτηριστικές για τα ζευκτά γεφυρών;Οι συνήθεις ποιότητες περιλαμβάνουν τη σειρά S355 έως EN 10025-2, ASTM A572 Grade 50 και Q355B έως GB/T 1591. Για μέλη που είναι κρίσιμα για την κόπωση, η σκληρότητα της εγκοπής, το πάχος και η κατηγορία λεπτομέρειας πρέπει να ελέγχονται σύμφωνα με τις προδιαγραφές σχεδιασμού.
Μπορούν τα μέλη ζευκτών να αποστέλλονται σε εμπορευματοκιβώτια;Ναί. Τα ανοιχτά-μέλη ιστού είναι κατάλληλα για να καταρρίψουν-την αποστολή (CKD) σε δοχεία μήκους 20 ποδιών ή 40 ποδιών, με μπουλόνι πεδίου στις πλάκες στερέωσης. Τα μεγαλύτερα μέλη μπορούν να παραδοθούν με επίπεδο ράφι ή σπαστό, σύμφωνα με τη γεωμετρία.
Πώς ελέγχεται η ποιότητα συγκόλλησης στα ζευκτά γεφυρών;Η συγκόλληση εκτελείται με ειδικές διαδικασίες, συνήθως σύμφωνα με το AWS D1.5 ή τον ισχύοντα κώδικα, με υπερηχητική και μαγνητική δοκιμή σωματιδίων κρίσιμων συγκολλήσεων και πλήρη τεκμηρίωση των προσόντων συγκολλητή και των αρχείων επιθεώρησης.
Πώς γίνεται η διαχείριση του προ{0}}καμπώματος ενός δοκού μεγάλου-ανοίγματος;Η δομή αναλύεται σε λογισμικό τρισδιάστατης μοντελοποίησης και οι καμπύλες κοπής και η γεωμετρία συναρμολόγησης προσαρμόζονται έτσι ώστε η καμπύλη κατασκευής να αντισταθμίζει την προβλεπόμενη εκτροπή νεκρού φορτίου-. Η προ{3}}συναρμολόγηση στο κατάστημα επαληθεύει την επιτυγχανόμενη καμπυλότητα πριν από την αποστολή.
Είναι οι μεταλλικές γέφυρες ζευκτών κατάλληλες για σεισμικές περιοχές;Ναί. Το χαμηλό νεκρό βάρος τους μειώνει τις σεισμικές αδρανειακές δυνάμεις και οι όλκιμες βιδωτές συνδέσεις μπορούν να προσδιορίζονται λεπτομερώς για ελεγχόμενη απαγωγή ενέργειας, υπό την προϋπόθεση ότι η κατασκευή είναι σχεδιασμένη σύμφωνα με τον ισχύοντα σεισμικό κώδικα.