English
Język Polski
Analiza wpływu poszerzenia płyty pomostowej na redystrybucję sił wewnętrznych w konstrukcji na przykładzie mostu w Opolu
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.156190Abstrakt
Do redystrybucji sił wewnętrznych w istniejących obiektach mostowych dochodzi w praktyce bardzo często, przede wszystkim gdy są modernizowane w sposób funkcjonalny (np. przez poszerzenie pomostu), a także wskutek zmiany układu statycznego konstrukcji. Najbardziej wymownym stosunkowo najczęstszym przykładem tej ostatniej z wymienionych sytuacji jest likwidacja przegubów (np. przegubów w układach Gerbera lub przegubów w środku rozpiętości przęseł mostów betonowych wznoszonych metodą betonowania nawisowego) i utworzenie w ten sposób ciągłego układu bezprzegubowego. W wyniku tej zmiany dochodzi do redystrybucji sił wewnętrznych, a niedostatecznie wnikliwe jej uwzględnienie może prowadzić do poważnych, negatywnych następstw. W artykule dokonano analizy rzeczywistego obiektu mostowego zlokalizowanego w Opolu. Obiekt przyjęty do badań ma skomplikowany układ konstrukcyjny i posiada przeguby Gerbera. Dolne półki dźwigarów mają zmienną szerokość na całej długości przęseł – także prawie każdy przekrój przęsłowy obiektu różni się względem siebie. Wykonano ocenę stanu konstrukcji, a także przedstawiono wyniki badań betonu, które zostały wykonane w trakcie remontu obiektu przeprowadzonego w roku 2015. W trakcie wspomnianej modernizacji utworzono dodatkowy pas ruchu dla pojazdów, zmniejszając przy tym szerokość jednego z chodników. W nowym układzie most posiada trzy pasy ruchu, dwa w kierunku centrum Opola, jeden w kierunku Wrocławia. Konstrukcję mostu zamodelowano w programie numerycznym SOFiSTiK, w którym udało się odwzorować zróżnicowanie dźwigarów głównych (zmienne przekroje). Prace podzielono na trzy etapy, a każdy z nich zawiera trzy modele numeryczne. Pierwszy etap analizy, to odwierciedlenie układu konstrukcyjnego z czasu budowy obiektu oraz użytkowania do 2015 roku (wariant A – bez poszerzenia). Drugi model zawiera zmiany w układzie pasów ruchu dokonanych po modernizacji (wariant B – z poszerzeniem). Trzeci zakłada układ pasów jak w modelu nr 2 jednak z założeniem likwidacji przegubów Gerbera (wariant B – z poszerzeniem, bez przegubów). Każdy model obciążono dwoma układami obciążeń. W pierwszej kolejności zadano obciążenie obowiązujące w czasie wznoszenia obiektu zgodnie z Betonkalender 1931 r. Taschenbuch fur Beton und Eisenbetonbau sowie die verwandten Facher. Modele uwzględniają założenia, w których siły wewnętrzne, przemieszczenia i reakcje są liczone w taki sposób, że każdy z dźwigarów niesie 100% obciążenia użytkowego- nie uwzględniono wówczas w obecnym rozumieniu współpracy poprzecznej przęseł tak, że w tym analizowanych obecnie przypadku prawie cały ciężar walca przypadał na jedną belkę. W przypadku drugiego układu obciążeń wg PN-EN 1991-2 przyjęto poprzeczny rozkład według metody sztywnej poprzecznicy, co powoduje, że na dźwigar przypada około 50% obciążenia użytkowego. Na podstawie przeprowadzonych analiz dokonano porównania trzech przypadków i wyciągnięto wnioski. Patrząc na wyniki od obciążeń według starej normy widzimy brak wzrostu wartości siłw wariancie A i B. Wzrost następuje dopiero przy likwidacji przegubu. Analizując wyniki od obciążeń PN-EN widzimy, że powodują one wzrost wartości sił, co związane jest z innym ustawieniem obciążenia. Obciążenia współczesne użytkowe, wg Eurokodu, generują siły wewnętrzne większe, wzrost o 70-100%. Jak widać na przykładzie rzeczywistego obiektu z Opola, nawet niewielka ingerencja w system konstrukcyjny mostu może mieć istotny wpływ na zmianę układu sił. W przypadku analizowanego obiektu, w czasie poprzednio wzmiankowanej modernizacji z 2015 roku, nie zdecydowano się na wzmocnienie konstrukcji, a także nie przeprowadzono badań numerycznych mających na celu określenie wpływu tej zmiany. Obiekt po modernizacji funkcjonuje 8 lat i co prawda jego stan jest zadowalający, jednak nie ma pewności na jak długi okres czasu. Już teraz widać na obiekcie dodatkowe rysy i wykwity, które pojawiły się na przestrzeni ostatnich lat. Należy zatem zastanowić się czy możliwe byłoby w przyszłości poszerzenie tego obiektu do 4 pasów ruchu i czy zaprojektowanie zewnętrznego wzmocnienia konstrukcji pozwoliłoby przenieść większy ruch pojazdów.Bibliografia
[1] X.-Z. Lu, Y.-S. Zhang, J.J. Jiang, A.-Z. Ren, and J. Ning, “Nonlinear Finite Element Simulation for the Impact between Over-high Truck and Bridge-Superstructure”, in Proc. 7th Int. Conference Shock & Impact Loads on Structures. Beijing, 2007, pp. 387-394.
[2] X.-Z. Lu, X. Lu, Z. Y.-S.Zhang, and S.-T. On, “Engineering calculation method for collision force between over-height truck and bridge superstructure”, China Journal of Highway and Transport, vol. 24, no. 2, pp. 49-55, 2011.
[3] R.W. Li, H. Wu, Q.T. Yang, and D.F. Wang, Vehicular impact resistance of seismic designed RC bridge piers, Engineering Structures, vol. 220, 2020, doi: 10.1016/j.engstruct.2020.111015.
[4] M.Z. Naser, “Can past failures Help Identify Vulnerable bridges to extreme events. A biomimetical machine learning approach”, Engineering with Computers, vol. 37, pp. 1099-1131, 2021, doi: 10.1007/s00366-019-00874-2.
[5] Z.P. Bazant, et al., “Explanation of Excessive Long-Time Deflections of Collapsed Record-Span Box Girder Bridge in Palau”, Preliminary report presented and distributed on September 30, at the 8th International Conference CONCREEP-8, Japan, 2009.
[6] M.V. Biezma and F. Schanack, “Collapse of steel bridges”, Journal of Performance of Constructed Facilities, vol. 21, no. 5, pp. 398-405, 2007, doi: 10.1061/(ASCE)0887-3828(2007)21:5(398).
[7] B. Cornelium, “About the causes of the Koror Bridge collapse”, Open Jurnal of Safety Science and Technology, vol. 4, no. 2, pp. 119-126, 2014, doi: 10.4236/ojsst.2014.42013.
[8] J. Bień and M. Salamak, “The management of bridge structures – challenges and possibilities”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 2, pp. 5-35, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.140627.
[9] J. Bień, M. Kużawa, B. Bień, “To See is to Know: Visualization in Bridge Inspection and Management”, in Proc. 5th International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management. Philadelphia, 2010, pp. 567-574.
[10] A.C. Pereira Martins, J.M.Franco de Carvalho, F. Gussão Bellon, C.A.Feitosa de Souza, and M. Sant’Anna Andrade, “Considerations for developing parametric models for preliminary cost estimation of widening and strengthening interventions in old reinforced concrete Bridges”, Revista ENINFRA, vol. 3, no. 3, pp. 91-110, 2024, doi: 10.70859/2764-9539.v3.n3.117.
[11] M. Gałecki, A. Kasprzak, A. Berger, and A. Nadolny, “Aspekty wykonawcze przebudowy mostu gen. Grota-Roweckiegow Warszawie”, Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej, vol. 19, pp. 57-73, 2015.
[12] A. Vosogh, A. Sadeghian, and M. Hassan, “Design challenges of the widening of an existing bridge with post-tensioned concrete deck”, in Proceedings of the Canadian Society of Civil Engineering Annual Conference 2021, S. Walbridge, et al., Eds. Lecture Notes in Civil Engineering, vol. 244. Springer, 2021, pp. 135-146, doi: 10.1007/978-981-19-0656-5_12.
[13] D. Collings, “The assessment, strengthening and widening of Thames Bray Bridge”, in IABSE Congress, Ghent 2021: Structural Engineering for Future Societal Needs. Zurich, Switzerland, 2021, pp. 109-114, doi: 10.2749/ghent.2021.0109.
[14] J. Hołowaty, “Widening and strengthening of a two-span arch bridge”, presented at Arch 2013 – 7th International Conference on Arch Bridges, 2013.
[15] M. Hamdan, “Case study: Widening an existing bridge structure Challenges and solutions”, International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 10 no. 05, pp. 1724-1731, 2023, doi: 10.5281/zenodo.10613538.
[16] J. Kmita and K. Bieniek, “Ekspertyza techniczna nr 215/78 w sprawie możliwości zwiększenia szerokości jezdni mostu drogowego nad Kanałem Ulgi w ciągu ul Wrocławskiej w Opolu”. Grupa rzeczoznawców nr 13 we Wrocławiu, 1978.
[17] J. Kmita and J. Śliwka, “Ekspertyza techniczna nr 153/76 w sprawie przydatności do dalszej eksploatacji mostu drogowego nad kanałem Ulgi w ciągu ul. Wrocławskiej w Opolu”. Grupa rzeczoznawców nr 13 we Wrocławiu, 1976.
[18] Pracownia Projektowa MOSTOPOL sp. z o.o., “Analiza konstrukcji mostu nad Kanałem Ulgi w ciągu ul. Wrocławskiej i dróg dojazdowych w celu uzyskania dodatkowych pasów ruchu wraz z opracowaniem koncepcji”. Czarnowąsy, 2012.
[19] PN-EN 12390-3:2011+AC 2012 Badania betonu – cz. 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań. PKN, 2011.
[20] PN-EN 12390-13:2014 Badania betonu – cz. 13: Wyznaczanie siecznego modułu sprężystości przy ściskaniu. PKN, 2011.
[21] Podręcznik użytkowania programu SOFiSTiK AG, v. 27. Oberschleissheim, 2011.
[22] R. Oleszek, W. Radomski, and K. Nowak, “Influence of the type of numerical model a prestressed concrete bridge on the determination of its internal forces and displacements”, Archives of Civil Engineering, vol. 70, no. 1, pp. 155-167, 2024, doi: 10.24425/ace.2024.148905.
[23] Betonkalender 1931r. Taschenbuch fur Beton und Eisenbetonbau sowie die verwandten Facher. 1931.
[24] PN-EN 1991-2 Oddziaływania na konstrukcje – vol 2: Obciążenia ruchome mostów. PKN, 2007.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
