Ортотропные стальные мосты: технология сварной сборки плит проезжей части

Введение

Техника секционной сварной конструкции стальных пролетных строений мостов

Ортотропный мост или ортотропная палуба обычно представляет собой конструкцию, пролетное строение которой состоит из стального настила, усиленного ребрами жесткости либо в продольном, либо в поперечном, либо в обоих направлениях. Это позволяет палубе непосредственно воспринимать нагрузки от транспортных средств и вносить вклад в общую несущую способность конструкции моста. Ортотропная палуба может быть монолитной или опираться на систему элементов каркаса палубы, таких как поперечные балки и продольные балки. Все эти различные варианты элементов усиления, например, ребра жесткости, балки и главные балки, могут быть взаимозаменяемы, что приводит к большому разнообразию ортотропных панелей. Палубы с различной жесткостью в продольном и поперечном направлениях называются "ортотропными". Если жесткость примерно одинакова в обоих направлениях, то палуба называется "изотропной". Для аналитических целей система стального настила и ребер может быть идеализирована как ортогональная анизотропная пластина, отсюда и сокращенное обозначение "ортотропная".

Обсуждение

Упругие элементы могут выполнять несколько функций одновременно. Они повышают сопротивление пластины изгибу, позволяя ей воспринимать локальные нагрузки от колес и распределять их на основные балки. Они также увеличивают общую площадь поперечного сечения стали в пластине, что может повысить ее вклад в общую несущую способность палубы по изгибу (то есть плита палубы работает как верхняя полка в коробчатой или тавровой балке). Наконец, ребра жесткости повышают устойчивость пластины к выпучиванию. Те же структурные эффекты справедливы и для бетонной плиты в композитной балке, однако стальная ортотропная палуба значительно легче, что позволяет более эффективно проектировать мосты с большими пролетами. Ограничения на использование ортотропных палуб в основном связаны с их стоимостью изготовления из-за большого объема сварочных работ. Кроме того, они должны изготавливаться в заводских условиях, а не монтироваться непосредственно на строительной площадке, что снижает гибкость по сравнению с монолитными железобетонными палубами. Ортотропные палубы склонны к возникновению усталостных повреждений и расслоению верхнего слоя покрытия, который, как и сама палуба, часто выполняется из тонкого материала для снижения веса.

Изобретение

Немецкий инженер д-р Корнелис из компании MAN получил немецкий патент № 847014 в 1948 году. В 1957 году MAN опубликовала руководство по проектированию на немецком языке. В 1963 году AISC опубликовала собственное руководство, основанное на североамериканских нормах проектирования.

Ортотропные палубные мосты

Во всем мире существуют тысячи ортотропных мостов с палубным строением. Несмотря на экономию и преимущества (до 25% общей массы моста может быть сэкономлено за счет уменьшения веса палубы, поскольку снижение веса распространяется на кабели, опоры, пилоны, анкерные устройства и т. д.), в США по состоянию на 2005 год использовалось всего около 60 таких мостов. Около 25% ортотропных мостов в США находятся в Калифорнии, включая мост Сан-Матео-Хейворд, который является одним из первых крупных мостов в США, построенных с применением ортотропной палубы. Некоторые очень большие вантовые и висячие мосты, а также мосты с текущими рекордными пролетами, не были бы возможны без стальных ортотропных палуб. Самые длинные или рекордные по пролету балочные мосты, мосты с наклонными опорами; арочные мосты; разводные мосты и два норвежских плавучих моста – все используют ортотропные палубы. Виадук Мийо, вантовый мост во Франции, имеет наибольшую площадь ортотропной стальной палубы среди всех мостов. Меньший общий вес надстройки позволил осуществить надвижку моста с обоих концов виадука Мийо. Ортотропная палуба моста Акаси-Кайкё позволила японцам построить самый длинный пролет, около 6000 футов (1829 м), что на 50% больше, чем у моста Золотые Ворота. Ортотропные палубы обеспечивают очень небольшую глубину палубы, что уменьшает крутизну подъездных путей и, следовательно, их стоимость. Эта конструкция также широко используется на разводных и других подвижных мостах, где можно значительно сэкономить на стоимости механических элементов за счет использования более легкой палубы. Железнодорожный мост Эль-Фердан через Суэцкий канал в Египте является мостом с рекордным пролетом. Мост Эразма имеет ортотропную палубу как для вантовой части, так и для разводного пролета. Дэнзигерский мост в Новом Орлеане – очень большой вертикально-подъемный мост. Мумбаи Транс Харбор Линк, также известный как Атал Сету, является первым в Индии мостом со стальной ортотропной палубой. Он соединяет Южный Мумбаи с JNPT (Nhava Sheva) в Нави Мумбаи и сократил время в пути между Мумбаи и Пуне / Нави Мумбаи / Гоа / другими городами к юго-востоку от Пуне.

Thousands of orthotropic deck bridges are in existence throughout the world. Despite the savings and advantages (up to 25% of total bridge mass can be saved by reducing deck weight, as the weight reductions extend to cables, towers, piers, anchorages, and so forth), the US has only about 60 such bridge decks in use as of 2005. About 25% of orthotropic in the US are in California, including the San Mateo Hayward Bridge, which is one of the first major bridges in the US to be built using an orthotropic deck. Some very large cable supported bridges, plus current record span (cable stayed bridges and suspension bridges) would not be feasible without steel orthotropic decks. The longest or record span box girder, slant leg bridges; arch bridges; movable bridges and two Norwegian floating bridges all use orthotropic decks. The Millau Viaduct a cable stayed bridge of Millau, France has the largest orthotropic steel deck area of any single bridge. The lower total gross weight of the superstructure allowed bridge launching from both ends of the Millau Viaduct. The Akashi Kaikyō Bridge's orthotropic deck allowed the Japanese to build the longest span at about 6,000 feet (1829 m), or 50% longer than the Golden Gate Bridge. Orthotropic decks permit a very shallow deck depth which reduces the steepness of approach gradients and hence their costs. The form is also widely used on bascule and other moveable bridges where significant savings in the cost of the mechanical elements can be made where a lighter deck is used. The El Ferdan Railway Bridge across the Suez Canal of Egypt is the record span bridge. The Erasmus Bridge has an orthotropic deck for both its cable stayed bridge and bascule span. The Danziger Bridge of New Orleans is a very large vertical lift bridge. The Mumbai Trans Harbour Link also called Atal Setu, is India's first orthotopic steel deck bridge. It connects South Mumbai to Navi Mumbai's JNPT (Nhava Sheva) and has reduced travel time between Mumbai and Pune/ Navi Mumbai/ Goa/ other cities in the south east of Pune.

Замена палубы моста

Мост, первоначально спроектированный с бетонной или неструктурной палубой, можно переоборудовать, используя более легкую ортотропную палубу, что было сделано для сохранения или продления срока службы ключевых и знаковых мостов по всему миру. Впервые это было применено в Северной Америке в 1975 году на мосту Лайонс-Гейт в Ванкувере, который был завершен в 1938 году с исключительно легкой конструкцией. Первоначальная бетонная палуба Северного виадука моста Лайонс-Гейт была заменена более легкой и широкой ортотропной палубой, работы выполнялись секциями с использованием серии кратковременных закрытий моста. Ортотропные палубы консольного типа позволили мосту Тамар оставаться открытым во время замены основной палубы в 1999 году. Амбициозная ортотропная замена всей первоначальной подвесной конструкции основной подвесной части моста Лайонс-Гейт была проведена в 2000–2001 годах и завершена без перерывов в часы пик, что дало новую жизнь 63-летнему мосту, который изначально не был рассчитан на долговечность. Другой заметный пример – мост Золотые Ворота в Сан-Франциско, завершенный в 1937 году, изначально использовал бетонную палубу. Соль, переносимая туманом или брызгами, достигала арматуры, вызывая коррозию и разрушение бетона. С 1982 по 1986 год первоначальная палуба моста, состоящая из 747 секций, была заменена более легкими и прочными ортотропными стальными панелями за 401 ночь без полного перекрытия движения. Этот проект не только восстановил мост до первоначального состояния, но и уменьшил вес палубы на 12 300 тонн (11 160 метрических тонн).