Čo je oceľový boxový nosník?
Oceľový skriňový nosník je uzavretý, pravouhlý alebo lichobežníkový dutý prvok vyrobený zo zváraných oceľových plechov. Jeho prierez- pozostáva z hornej príruby, spodnej príruby a dvoch zvislých alebo naklonených rebier, ktoré tvoria uzavretú bunku. Vo vnútri krabice pozdĺžne výstuhy (uzavreté U-rebrá alebo rebrá plochých dosiek) a priečne membrány riadia lokálne vybočenie tenkých dosiek a udržiavajú geometriu prierezu stabilnú pri zaťažení.
Uzavretá časť poskytuje oceľovému skriňovému nosníku tri konštrukčné výhody oproti otvoreným I-nosníkom:
Torzná tuhosť.Pri excentrickom živom zaťažení vzniká šmykový tok okolo úplne uzavretého obvodu, čo dáva oveľa vyššiu torznú tuhosť St. Venant a menšie skreslenie ako otvorená časť s podobnou hmotnosťou.
Pomer sily-k-hmotnosti.Oceľový skriňový nosník je podstatne ľahší ako predpätý betónový skriňový nosník rovnakého rozpätia, čo znižuje vlastné zaťaženie, ktoré musí spodná konštrukcia niesť, a znižuje základové a seizmické požiadavky.
Aerodynamický výkon.Plochý, aerodynamický profil znižuje odpor a pomáha zvyšovať kritickú rýchlosť vetra pre trepotanie v porovnaní s priehradovými nosníkmi, čo je dôležité pre pobrežné oblasti a oblasti náchylné na{0}}tajfúny.
Vďaka týmto vlastnostiam je oceľový skriňový nosník štandardnou voľbou v dvoch úlohách: ako primárny nosný -nosný nosník trámových-mostov typu a ako stužujúci nosník káblových-mostov (káblových-držaných a zavesených).
Rozsahy rozpätia podľa konštrukčného systému
Klasifikácia rozpätia oceľového skriňového nosníka je založená na konštrukčnom systéme, v ktorom nosník pracuje, nie na jednej hodnote dĺžky. Rovnaký skriňový úsek sa môže objaviť na krátkom rozpätí viaduktu alebo na moste presahujúcom jeden kilometer; rozdiel je v spôsobe prepravy nákladu.
Nosníkové a priehradové systémy (samonosné-)
V tomto systéme sa skriňový nosník rozprestiera priamo medzi podperami a spolieha sa na svoju vlastnú ohybovú a šmykovú kapacitu; neexistujú žiadne káble ani veže poskytujúce doplnkové trasy pre zaťaženie.
| Rozsah rozpätia | Typická aplikácia | Konfigurácia skriňového nosníka |
|---|---|---|
| Asi 50-100 m | Mestské viadukty, krivé nadjazdy | Konštantná-hĺbka, jedna-bunka |
| Asi 100-250 m | Prechody cez rieky, diaľničné mosty | Premenná-hĺbka, jednobunkové- alebo dvojité-políčko |
| Približne 250-350 m | Hlavné navigačné kanály | Betónový hybridný nosník-premenlivej hĺbky-(oceľový stredový rozpätie s betónovými bočnými rozpätiami) |
| Viac ako 350 m | Ekonomická limitná zóna pre samonosné{0}}nosníky | Normálne sa vyžaduje hybridný alebo káblový{0}}systém; potrebuje zdôvodnenie-špecifické pre danú lokalitu |
Systémy podporované-káblom (spevňovací nosník)
V lanových-mostoch a visutých mostoch prenášajú laná primárne vertikálne zaťaženie, zatiaľ čo skriňový nosník poskytuje torznú tuhosť, aerodynamickú stabilitu a platformu paluby.
| Rozsah rozpätia | Typ mosta | Úloha oceľového skriňového nosníka |
|---|---|---|
| Zhruba 400-1200 m | Lanový-most | Výstužný nosník: Odoláva axiálnemu stlačeniu od kotviacich káblov a ohybu pri živom zaťažení |
| Zhruba 1 000-2,000+ m | Závesný most | Výstužný nosník: poskytuje torznú tuhosť a aerodynamickú stabilitu |
Medzi dobre{0}}zdokumentované príklady patrí most Sutong v Číne (upevnený-kábel, hlavné rozpätie 1 088 m, oceľový skriňový výstužný nosník) a most Canakkale z roku 1915 v Turecku (zavesenie, hlavné rozpätie 2 023 m, dvojitý oceľový skriňový nosník). Neexistuje žiadny pevný teoretický horný limit pre káblový{8}}systém; dlhšie rozpätia sa dosahujú vďaka optimalizovaným aerodynamickým profilom a prispôsobeniu káblového systému.
Faktory, ktoré obmedzujú rozpätie oceľových nosníkov
Vlastná{0}}váha a cyklus ohybového momentu
Ohybový moment od vlastnej hmotnosti-narastá približne so štvorcom rozpätia. Väčšie úseky, ktoré sú potrebné na to, aby odolali momentu, zvyšujú mŕtvu váhu, čím sa vytvára cyklus, v dôsledku ktorého sú všetky-oceľové nosníky nehospodárne presahujúce rozsah niekoľkých stoviek metrov; kompozitné (oceľové-betónové) nosníky do istej miery rozširujú ekonomickú obálku a okrem toho je systém podporovaný káblom- zvyčajne efektívnejší.
Hranice priehybu a tuhosti
Vychýlenie v strednom rozpätí-zaťaženia rýchlo rastie s rozpätím. Pretože modul pružnosti ocele je pevný, dlhé samonosné rozpätia vyžadujú veľmi hlboké nosníky, aby splnili limity priehybu stanovené riadiacim kódom (pre diaľničné mosty zvyčajne v rozsahu od L/500 do L/600 a prísnejšie pre železničné mosty), čo zvyšuje vystavenie materiálu, vetru a ťažkosti s montážou.
Miestne vybočenie tenkých dosiek
Dlhšie rozpätia zvyšujú tlakové napätie v prírubách a rebrách, čo môže spôsobiť lokálne vybočenie tenkých dosiek. Pozdĺžne výstuhy a priečne membrány riešia problém vybočenia, ale zvyšujú náklady na zváranie, zvyškové napätie a výrobné náklady a zvýšený obsah zvaru sa musí brať do úvahy pri návrhu únavy.
Efekt šmykového oneskorenia
V širokých-skriňových nosníkoch spôsobujú vertikálne zaťaženia šmykovú deformáciu širokých pásníc. Napätie sa sústreďuje v blízkosti pásov a materiál vzdialenej príruby je nedostatočne využívaný, takže efektívna šírka príruby sa s rastúcim rozpätím zmenšuje, čím sa znižuje účinnosť ložiska sekcie.
Aerodynamická stabilita vetra
Hlboké nosníky potrebné pre dlho{0}}tuhosť rozpätia zväčšujú plochu kontaktu s vetrom a zintenzívňujú vírové{1}}vibrácie a riziko kmitania. Stabilita vetra sa často stáva kontrolným obmedzením pre pobrežné oblasti a oblasti s tajfúnom, čo si vyžaduje štúdie veterných-tunelov a aerodynamické detaily, ako sú aerodynamické alebo štrbinové dvojité-kosové sekcie.
Oceľový nosník vs. iné typy mostov
| Položka | Oceľový skriňový nosník | Skriňový nosník z predpätého betónu | Lanový-most | Závesný most |
|---|---|---|---|---|
| Typický konkurenčný rozsah | 100-350 m (samonosná) | Do výšky cca 300 m | 250-1,200 m | 1,000-2,000+ m |
| Vlastná váha nosníka- | Nízka | Vysoká (približne 2-3 krát oceľ) | Nízka až stredná | Nízka až stredná |
| Torzná tuhosť | Veľmi vysoká (uzavretá časť) | Vysoká | Vysoký (skriňový výstužný nosník) | Vysoký (skriňový výstužný nosník) |
| Aerodynamický výkon | Vynikajúce (zjednodušený profil) | Mierne | Dobre | Vynikajúce (možnosť-dvojitého boxu) |
| Rýchlosť výstavby | Rýchla (výroba segmentu vo výrobe) | Pomalé (na-debnenie a odlievanie) | Mierne | Dlhé (montáž veže a káblov) |
| Požiadavka na údržbu | Vyššie (kontrola povlaku a zvaru) | Nižšia bežná údržba | Vyššie (káble, veže, kotvenia) | Vyššie (hlavné káble, ukotvenia) |
Dizajnové štandardy a materiály
Oceľové skriňové nosníky pre mosty sú navrhnuté a vyrobené podľa predpisov platných pre jurisdikciu projektu:
Druhy ocele:čínske mostové ocele Q345q a Q370q až GB/T 714; európske triedy S355J2 a S355NL podľa EN 10025; Americké triedy ASTM A709 Grade 50 / 50W. Pre pobrežné projekty môžu byť špecifikované poveternostné mostné ocele na predĺženie cyklov údržby náteru.
Dizajnové kódy:JTG D64 pre čínske diaľničné oceľové mosty; EN 1993-2 pre európske oceľové mosty; Špecifikácie návrhu mosta AASHTO LRFD pre projekty v USA.
Výroba a zváranie:EN 1090-2 triedy vyhotovenia alebo AWS D1.5 pre zváranie mostov, s akceptáciou NDT v súlade so špecifikáciou projektu.
Ochrana proti korózii:otryskanie na Sa 2,5 podľa ISO 8501-1 a náterové systémy vybrané podľa kategórií korozívnosti ISO 12944.
Kontrolný zoznam výberu pre kupujúcich
Pred diskusiou o rozpätí definujte konštrukčný systém (samonosný nosník/priehradník alebo lanom{1}}podporovaný výstužný nosník).
Definujte riadiaci kód návrhu a model zaťaženia (napr. AASHTO HL-93, modely zaťaženia podľa Eurokódu alebo národný kód krajiny projektu).
Zadajte šírku dosky, počet buniek a či je potrebná ortotropná oceľová podlaha.
Poskytnite triedu ocele a požiadavky na náraz (Charpy) pre prevádzkovú teplotu.
Uveďte korózne prostredie a požadovaný náterový systém (kategória ISO 12944).
Definujte limity dĺžky segmentov na základe prepravného a zdvíhacieho zariadenia a spôsobu montáže (zdvíhanie žeriavom, spúšťanie alebo montáž konzoly).
Dohodnite sa na dokumentácii kontroly kvality: materiálové certifikáty, správy o kontrole zvarov, správy o rozmeroch a správy o pred{0}}montáži v dielni.
Vyžiadajte si cenovú ponuku na výrobu oceľového nosníka
FAQ
Aké je maximálne rozpätie oceľového skriňového nosníka?
Neexistuje jediné maximum. Samonosné oceľové skriňové nosníky sú ekonomické do približne 300-350 m. Ako stužujúce nosníky lanových a visutých mostov boli oceľové skriňové nosníky postavené na hlavných rozpätiach značne nad 1 000 m; visutý most Canakkale v Turecku z roku 1915 s hlavným rozpätím 2 023 m používa oceľový skriňový výstužný nosník.
Prečo je oceľový komorový nosník ľahší ako betónový?
Konštrukčná oceľ má oveľa vyšší pomer pevnosti-k{1}}hmotnosti ako vystužený betón, takže oceľový skriňový nosník s rovnakým rozpätím a kapacitou váži zlomok ekvivalentného betónového skriňového nosníka. Nižšia vlastná hmotnosť znižuje zaťaženie pilierov, základov a v prípade mostov-podložených káblami, aj stožiarov a káblov.
Aký limit priehybu platí pre oceľové skriňové nosníky?
Hranice priehybu sú stanovené riadiacim kódom a závisia od typu mosta. Diaľničné oceľové skriňové nosníky sa bežne navrhujú tak, aby vydržali-limity priehybu zaťaženia okolo L/500 až L/600, zatiaľ čo pre železničné mosty platia prísnejšie limity. Presná hodnota musí byť prevzatá z kódu projektu, nie predpokladaná.
Kedy by som si mal vybrať oceľový-betónový hybridný nosník namiesto celooceľového{1}}nosníka?
Hybridné nosníky s oceľovým stredovým rozpätím a betónovými bočnými rozpätiami sú bežné v 250-350 m pásme súvislých pevných-rámových mostov. Kombinujú ľahké stredné rozpätie ocele s tuhosťou a hospodárnosťou betónových bočných rozpätí a sú konkurencieschopné tam, kde sa všetky-oceľové nosníky stávajú neekonomickými, ale nie je potrebný káblový systém.
Prečo sú oceľové skriňové nosníky preferované pre dlhé rozpätia?
Najdôležitejšie sú tri vlastnosti: uzavretá časť poskytuje výnimočnú torznú tuhosť; aerodynamický profil zlepšuje aerodynamickú stabilitu a zvyšuje flutter-kritickú rýchlosť vetra; a vysoký pomer pevnosti-k{2}}hmotnosti umožňuje nosníku odolávať veľkým ohybovým momentom s menším množstvom materiálu ako nosníky s otvoreným plechom.
Dajú sa vyrobiť oblúkové nosníky s premenlivou{0}}hĺbkou?
áno. Skriňové nosníky so zakriveným zarovnaním, rozšírením a premenlivou hĺbkou sa bežne vyrábajú v segmentoch pomocou CNC rezania a robotického zvárania alebo zvárania pod tavivom, potom sa skúšobne-montujú v dielni pred odoslaním. Konečná geometria sa musí riadiť schválenými dielenskými výkresmi odvodenými z návrhu mosta.