O projekcie
Przeliczenie mostu zostało przeprowadzone na zlecenie Urzędu Inżynierii Lądowej Kantonu Zurych. W ramach ekspertyzy dotyczącej bezpieczeństwa mostu na ścinanie stwierdzono, że specyficzne zakotwienie cięgien systemu sprężania kablami jest niewystarczające w jednym z narożnych podparć ustroju nośnego skośnego mostu.
Wyzwania inżynierskie
Ustrój nośny posiada różne statycznie istotne cechy, takie jak nieodpowiednie szczegóły zbrojenia na ścinanie oraz wpływ unikalnego systemu sprężania kablami na podpory dźwigarów. Wszystkie te aspekty zostały uwzględnione w kolejnej szczegółowej analizie konstrukcyjnej.
Środniki podłużnych dźwigarów są zbrojone na ścinanie strzemionami. Niektóre ramiona są zakotwione jedynie częściowo w górnej części przekroju, natomiast w dolnej części są w pełni zakotwione za pomocą haków. Pozostałe strzemiona spełniają wymagania dotyczące szczegółów zbrojenia zgodnie z normą szwajcarską.
Strefa podporowa najbardziej obciążonego środnika została szczegółowo przeanalizowana z zastosowaniem podejścia stopniowego przybliżania o rosnącym stopniu zaawansowania. W pierwszym kroku do oszacowania nośności na ścinanie zastosowano równania obliczeniowe z normy szwajcarskiej. To standardowe podejście musiało zostać zmodyfikowane na podstawie literatury naukowej i badań doświadczalnych, aby uwzględnić nieodpowiednie szczegóły zbrojenia strzemionami. Następnie analizy zostały doprecyzowane przy użyciu szczegółowych modeli kratownicowych. W ostatnim kroku lokalny przepływ sił został przeanalizowany za pomocą nieliniowych elementów skończonych (MES) w oparciu o metodę sprężysto-plastycznych pól naprężeń z wykorzystaniem IDEA StatiCa Detail.
Niesprężysta analiza MES dostarczyła ważnej weryfikacji wcześniejszych wyników uzyskanych z modeli Strut-and-tie. Uwzględniła rozproszone zbrojenie na ścinanie w bardziej szczegółowy sposób, a jednocześnie automatycznie zbadała odpowiedni stan naprężeń w betonie przy użyciu optymalnych lokalnych nachyleń pola ściskania. Dzięki jawnemu modelowaniu przyczepności zbrojenia podejście to pozwoliło na szczegółowe uwzględnienie specyficznych warunków zakotwienia strzemion. W tym sensie stanowiło dalsze doprecyzowanie analiz Strut-and-tie.
Ponieważ IDEA StatiCa Detail uwzględnia zachowanie deformacyjne i zgodność odkształceń, dostarczyło również cennych informacji na temat zapotrzebowania na odkształcenia materiałów. Szczególnie w przypadku elementów o niskim stopniu zbrojenia na ścinanie mogą wystąpić bardzo małe kąty betonowego pola ściskania. Z jednej strony odpowiadające im duże odkształcenia poprzeczne redukują wytrzymałość betonu na ściskanie. Z drugiej strony wynikające z tego odkształcenia strzemion mogą osiągnąć poziom krytyczny i tym samym decydować o nośności granicznej dźwigara. Podczas gdy oba efekty zależne od odkształceń są trudne do uwzględnienia w modelu Strut-and-tie, są one jawnie uwzględniane w IDEA StatiCa Detail. Program redukuje wytrzymałość betonu na ściskanie w zależności od lokalnego stanu odkształceń poprzecznych, a także sprawdza odkształcenia strzemion. Implementacja modelu cięgna rozciąganego w IDEA StatiCa Detail miała duże znaczenie dla kwantyfikacji koncentracji odkształceń zbrojenia w rysach, a tym samym dla realistycznej oceny zapotrzebowania na odkształcenia przy małych kątach pola ściskania.
Wyniki i rozwiązania
Dla znacznej części konstrukcji możliwe było wykazanie wystarczającego bezpieczeństwa konstrukcyjnego na podstawie szczegółowych analiz. Jednak w jednym z 10 łożysk mostu pozostał defekt spowodowany niewłaściwym zakotwiem zbrojenia głównego na podporze. Ten koncepcyjny słaby punkt został wzmocniony specjalnie opracowanym środkiem wzmacniającym, aby zagwarantować bezpieczną dalszą eksploatację przez pozostały okres użytkowania konstrukcji, wynoszący kilka lat, bez istotnych ograniczeń w użytkowaniu. W celu wzmocnienia odpowiedniej strefy podporowej zainstalowano zewnętrzne stalowe cięgno rozciągane jako dodatkowe zbrojenie główne, przenoszące podłużną siłę rozciągającą wynikającą ze ścinania na podporze. Połączenie z istniejącą konstrukcją zostało wykonane mechanicznie za pomocą prętów gwintowanych przewierconych na wylot i wklejonych kołków, a także połączenia kontaktowego z istniejącym łożyskiem konstrukcyjnym i końcowym dźwigarem poprzecznym.
Środek wzmacniający został wdrożony podczas eksploatacji mostu przy ograniczonym ruchu. Całe planowanie i zarządzanie budową kampanii wzmacniającej zostało przeprowadzone przez dsp. Skanowanie istniejącego zbrojenia niezbędne do określenia szczegółowych pozycji wierceń zostało również wykonane przez dsp przy użyciu Profometru i Georadaru.
Wypróbuj IDEA StatiCa za darmo
Rozpocznij okres próbny już dziś i skorzystaj z 14 dni pełnego dostępu oraz usług bezpłatnie.
Rozpocznij bezpłatny okres próbny
