Γιατί οι καμπύλες γέφυρες χρειάζονται στρεπτικά άκαμπτα δοκάρια
Σε μια ευθυγράμμιση καμπύλης γέφυρας, το νεκρό φορτίο και το κυκλοφοριακό φορτίο δρουν έκκεντρα σε σχέση με τον άξονα της δοκού, δημιουργώντας μια ισχυρή κάμπτουσα-σύζευξη στρέψης: κάθε φόρτιση δημιουργεί τόσο ροπή κάμψης όσο και ροπή. Εάν το τμήμα της δοκού δεν μπορεί να αντισταθεί αποτελεσματικά σε αυτή τη ροπή, ο σχεδιαστής πρέπει να δεχτεί τάσεις παραμόρφωσης, πλευρική παραμόρφωση και μεγαλύτερες αντιδράσεις στήριξης, γεγονός που αυξάνει το βάρος του χάλυβα και το κόστος της υποδομής. Ένα τμήμα κλειστού κιβωτίου αντιστέκεται στη στρέψη μέσω μιας συνεχούς ροής διάτμησης γύρω από την περίμετρο, η οποία είναι θεμελιωδώς πιο αποτελεσματική από την αντίσταση στρέβλωσης ενός ανοιχτού τμήματος.
Τι είναι μια δοκός από χαλύβδινο κουτί;
Μια δοκός από χαλύβδινο κουτί είναι ένα κοίλο δομικό μέλος-κλειστής διατομής κατασκευασμένο από συγκολλημένες χαλύβδινες πλάκες. Συνήθως αποτελείται από μια επάνω φλάντζα, μια κάτω φλάντζα και κάθετα ή κεκλιμένα πλέγματα, κλειστά από εσωτερικά διαφράγματα που διατηρούν το σχήμα του τμήματος και αποτρέπουν την παραμόρφωση υπό φορτίο.
Τύποι δοκών από χαλύβδινο κουτί
Ευθύγραμμη δοκός από χαλύβδινο κιβώτιο:ο διαμήκης άξονας είναι ευθύς. η φόρτιση κυριαρχείται από ροπή κάμψης και δύναμη διάτμησης. Είναι σύνηθες σε ευθείες ευθυγραμμίσεις.
Καμπύλη δοκός από χαλύβδινο κιβώτιο:ο διαμήκης άξονας ακολουθεί μια κυκλική ή μεταβατική καμπύλη. η κάμψη συνοδεύεται από σημαντική στρέψη. Είναι χαρακτηριστικό των αστικών υπερυψωμένων ράμπων και κόμβων.
Στρεπτική Συμπεριφορά: Τμήμα κουτιού έναντι ανοικτού τμήματος
Σε μια ανοιχτή δοκό I-, η αντίσταση στρέψης εξαρτάται κυρίως από τη στρέβλωση των φλαντζών, η οποία είναι σχετικά ασθενής και το κέντρο διάτμησης βρίσκεται μακριά από το κέντρο. Σε ένα κλειστό κουτί, το κέντρο διάτμησης σχεδόν συμπίπτει με το κέντρο και η ροπή μεταφέρεται από μια συνεχή ροή διάτμησης γύρω από τον κλειστό βρόχο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι δοκοί κιβωτίου είναι τάξεις μεγέθους πιο άκαμπτες σε στρέψη από τις ισοδύναμες ανοιχτές δοκοί και προτιμώνται οπουδήποτε εμφανίζεται έκκεντρη ή καμπύλη φόρτιση.
| Δομικός τύπος | Διατομικές-Δυνατότητες | Στρεπτική Ακαμψία | Τυπικές Εφαρμογές |
|---|---|---|---|
| Ατσάλινο κουτί δοκός | Κλειστό λεπτό-κελί με τοίχωμα που σχηματίζεται από επάνω πλάκα, κάτω πλάκα και ιστούς | Πολύ υψηλή: η συνεχής ροή διάτμησης παρέχει ανώτερη καθαρή αντίσταση στρέψης | Καμπύλες γέφυρες, καλωδιακά-στάσιμα και κύρια δοκοί κρεμαστής γέφυρας |
| Χάλυβας δοκός ζευκτών | Ανοίξτε το τριγωνικό πλαίσιο με συγχορδίες και μέλη Ιστού | Μέτρια: εξαρτάται έντονα από το πάνω και το κάτω πλευρικό στήριγμα | Δρόμοι και σιδηροδρομικές γέφυρες μεγάλης έκτασης-, βαθιές διαβάσεις κοιλάδων |
| Σωληνοειδές τόξο από τσιμέντο-γεμάτο από χάλυβα | Κυκλικοί, αλτήρες ή σωλήνες με ζευκτά γεμάτο με σκυρόδεμα | Υψηλό: αξονική γεωμετρία με σύνθετο περιορισμό | Τοξωτές γέφυρες |
| Ανοιχτή πλάκα δοκός | Ανοίξτε το τμήμα I ή H των φλαντζών και των ιστών | Χαμηλό: κυριαρχεί η παραμόρφωση και ο πλευρικός λυγισμός | Ευθείες μικρές-έως-γέφυρες μεσαίου ανοίγματος και ανοίγματα προσέγγισης |
Βασικά πλεονεκτήματα των δοκών από χαλύβδινο κουτί για καμπύλες γέφυρες
Υψηλή στρεπτική ακαμψία:το κλειστό τμήμα αντιστέκεται στη ροπή από την καμπυλότητα και τα έκκεντρα φορτία κυκλοφορίας με ελάχιστη τάση στρέβλωσης, διατηρώντας το κατάστρωμα σταθερό κάτω από ανομοιόμορφη φόρτιση.
Υψηλή αναλογία αντοχής-προς-βάρους:Οι δομικές ποιότητες χάλυβα που χρησιμοποιούνται συνήθως στην κατασκευή γεφυρών, όπως S355 έως EN 10025-2 ή A709 Grade 50 έως ASTM, παρέχουν υψηλή αντοχή διαρροής με χαμηλό αυτο-βάρος, μειώνοντας τις φυγόκεντρες επιδράσεις και τις απαιτήσεις σε προβλήτες και θεμέλια.
Προσαρμοστικότητα σε καμπύλες μικρής-ακτίνας:σε αστικές ράμπες όπου οι ακτίνες καμπύλης είναι μικρές, η κοπή ακριβείας και η συγκόλληση στο κατάστημα αναπαράγουν την ευθυγράμμιση σχεδιασμού με ακρίβεια, με καλή συνολική σταθερότητα και αποτελεσματική ανέγερση του χώρου.
Μικρό βάθος τομής:Οι δοκοί από χαλύβδινο κιβώτιο επιτρέπουν συνήθως μια λεπτή διατομή-, βελτιώνοντας το διάκενο κάτω από-γέφυρα και παρέχοντας μια βελτιωμένη εμφάνιση που ταιριάζει σε διάταξη αποβάθρας μονής-κολόνας σε αστικά τοπία.
Αρχές σχεδίασης και κατασκευής για δοκούς καμπυλωτών κιβωτίων από χάλυβα
Η επιτυχής εφαρμογή μιας καμπύλης δοκού από χαλύβδινο κουτί απαιτεί προσεκτικό συντονισμό σχεδιασμού και κατασκευής. Οι ακόλουθες αρχές είναι τυπικές-καλά εκτελεσμένων έργων, σχεδιασμένων σύμφωνα με κώδικες όπως οι Προδιαγραφές Σχεδιασμού Γεφυρών AASHTO LRFD, EN 1993-2 (ατσάλινες γέφυρες) και GB 50017:
Ταίριασμα γεωμετρίας:Οι πλάκες είναι κομμένες με CNC και τοποθετούνται για να ταιριάζουν με την καμπύλη ευθυγράμμιση, έτσι ώστε το κατασκευασμένο τμήμα να αναπαράγει τη σχεδιαστική γεωμετρία εντός ανοχής.
Προϋποθέσεις κατά-ανατροπής και υποστήριξης:Η ανύψωση του ρουλεμάν και η αντίσταση ανατροπής ελέγχονται σε κάθε υποστήριξη, ειδικά όπου το αυτο-βάρος είναι χαμηλό σε σχέση με το έκκεντρο ενεργό φορτίο.
Διάσταση ενισχυτικού και διαφράγματος:Οι μικρές ακτίνες καμπύλης αυξάνουν τις τάσεις στρέψης και παραμόρφωσης, έτσι η διάταξη του διαμήκους ενισχυτή και η απόσταση του διαφράγματος προσαρμόζονται για να αποτρέπεται ο τοπικός λυγισμός.
Σχέδιο μεταβλητού πλάτους:για δοκούς μονής-κουτιού πολλαπλών-κυψελών η απόσταση ιστού προσαρμόζεται και για δοκούς πολλαπλών-κουτιών η απόσταση κελιών ποικίλλει ώστε να ακολουθεί το μεταβαλλόμενο πλάτος καταστρώματος.
Διάταξη διαφράγματος:Τα καμπύλα τμήματα χρησιμοποιούν ακτινικά διατεταγμένα εσωτερικά διαφράγματα, με τα ακραία διαφράγματα που εδράζουν να ταιριάζουν στη διάταξη του αρμού διαστολής.
Διαχείριση διασταυρούμενων-παγώνων:για τμήματα με απότομη υπερύψωση, η κάτω φλάντζα διατηρείται επίπεδη και η άνω{0}}διασταύρωση της φλάντζας-κλίση σχηματίζεται μεταβάλλοντας το ύψος του ιστού.
Πώς να επιλέξετε μια δοκό από χαλύβδινο κουτί για μια κυρτή γέφυρα
Ακτίνα καμπυλότητας:Οι καμπύλες μικρής-ακτίνας δημιουργούν υψηλότερη στρέψη, επομένως προτιμώνται οι δοκοί κλειστού κιβωτίου με υψηλή στρεπτική ακαμψία.
Τύπος κουτιού:Τα κουτιά με ένα-κελί ταιριάζουν σε μέτρια ανοίγματα και τυπική φόρτωση με απλή κατασκευή. Τα κουτιά πολλαπλών{1}}κυψελών παρέχουν υψηλότερη στρεπτική ακαμψία και ικανότητα φόρτωσης. Τα κουτιά από σύνθετο χάλυβα-από σκυρόδεμα προσθέτουν ακαμψία και ανθεκτικότητα όπου χρειάζεται.
Άνοιγμα και φορτία:Τα μικρά ανοίγματα μπορεί να χρησιμοποιούν πιο οικονομικά σχέδια, ενώ τα μεγάλα ανοίγματα ή τα βαριά φορτία απαιτούν ισχυρότερες και πιο άκαμπτες διαμορφώσεις.
Κατασκευή και μεταφορά:Τα μεγέθη τμημάτων ταιριάζουν με τις συνθήκες κατασκευής, μεταφοράς και ανύψωσης, με-δοκιμαστική συναρμολόγηση πλήρους κλίμακας όπου ο κίνδυνος προσαρμογής-επάνω είναι υψηλός.
Συζητήστε το Έργο Καμπύλης Γέφυρας σας με τους Μηχανικούς μας
FAQ
Πώς αντιστέκεται μια δοκός κουτιού στη στρέψη σε σύγκριση με μια δοκό I-;
Σε μια ανοιχτή δοκό I-, η στρέψη αντιστέκεται κυρίως από τη στρέβλωση των φλαντζών, η οποία είναι σχετικά ασθενής. Μια δοκός κιβωτίου δημιουργεί μια κλειστή περίμετρο που επιτρέπει στις εσωτερικές διατμητικές τάσεις να κυκλοφορούν ως συνεχής ροή διάτμησης, καθιστώντας τη στρεπτική ακαμψία της πολύ υψηλότερη από αυτή ενός ισοδύναμου ανοιχτού τμήματος. Οι κώδικες σχεδίασης αντικατοπτρίζουν αυτό, αντιμετωπίζοντας διαφορετικά τα κλειστά και τα ανοιχτά τμήματα στους ελέγχους στρέψης.
Ποια είναι τα άλλα κύρια πλεονεκτήματα των δοκών από χαλύβδινο κουτί;
Στις αστικές πεζογέφυρες εκτιμώνται οι καθαρές γραμμές και οι ακατάστατες υπόγειες επιφάνειες. το κλειστό σχήμα προστατεύει τις εσωτερικές επιφάνειες από το περιβάλλον και μειώνει τη συντήρηση. το ελαφρύτερο αυτό-βάρος μειώνει τα φορτία της προβλήτας και του θεμελίου. και οι προκατασκευασμένες μονάδες μπορούν να ανεγερθούν γρήγορα επί τόπου, ελαχιστοποιώντας τη διακοπή της κυκλοφορίας.
Είναι οι δοκοί από χαλύβδινο κουτί-οικονομικές για καμπύλες ράμπες;
Ναι σε πολλές περιπτώσεις. Αν και το κόστος κατασκευής είναι υψηλότερο, η υψηλή στρεπτική ακαμψία επιτρέπει στους μηχανικούς να χρησιμοποιούν άξονες μονής προβλήτας και μεγάλους προεξοχές καταστρώματος, γεγονός που συχνά μειώνει την υποδομή και το συνολικό κόστος της δοκού αρκετά ώστε να παραμείνουν ανταγωνιστικοί με λύσεις σκυροδέματος.
Μπορεί μια δοκός ενός κιβωτίου να υποστηρίξει ολόκληρο καμπύλο οδόστρωμα;
Ναί. Η υψηλή στρεπτική αντοχή επιτρέπει σε ένα μόνο χαλύβδινο κουτί να λειτουργεί ως η κύρια διαμήκης ράχη, στηρίζοντας φαρδιά καταστρώματα μέσω προβόλου. Αυτή είναι μια κοινή λύση για ράμπες αυτοκινητοδρόμων και μειώνει τον αριθμό των απαιτούμενων προβλήτων θεμελίωσης.
Είναι δύσκολο να κατασκευαστούν οι δοκοί από χαλύβδινο κουτί;
Η κατασκευή είναι απαιτητική λόγω των πολλών τεμνόμενων συγκολλημένων εσωτερικών στοιχείων και των στενών ανοχών. Ωστόσο, επειδή οι δοκοί κατασκευάζονται σπονδυλωτά σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον καταστήματος και συναρμολογούνται γρήγορα στο εργοτάξιο, ο συνολικός χρόνος κατασκευής είναι συχνά μικρότερος από ό,τι για τις εναλλακτικές λύσεις in situ σκυροδέματος.
Ποιο είναι το τυπικό εύρος ανοιγμάτων για γέφυρες δοκών από χαλύβδινο κιβώτιο;
Οι δοκοί από χαλύβδινο κιβώτιο χρησιμοποιούνται συνήθως για ανοίγματα στην περιοχή από 30 m έως 200 m, με μεγαλύτερες διαμορφώσεις δυνατές για δοκούς με καλωδίωση ή κρεμαστή γέφυρα. Οι παράγοντες που διέπουν είναι το βάθος της δοκού, τα φορτία σχεδιασμού και η μέθοδος κατασκευής, όλα ορίζονται από τις προδιαγραφές του έργου.