dr inż.Piotr Gwoździewicz

WARSZAWA, 14 stycznia 2010 r.
SEMINARIUM SZKOLENIOWE
"Stal w infrastrukturze drogowej"
Dr InŜ. Piotr GWOŹDZIEWICZ
Dr InŜ. Karol RYś
Politechnika Krakowska,
Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych
Związek Mostowców RP
Tendencje w projektowaniu obiektów mostowych, zmiany w materiałach
używanych do ich budowy
Zastosowanie stali trudnordzewiejących w obiektach
infrastruktury drogowej – aspekty materiałowe,
konstrukcyjne i technologiczne
PLAN PREZENTACJI
1. Wprowadzenie
2. Przykłady realizacji obiektów infrastruktury ze stali
trudnordzewiejącej
Kanada
Włochy
3. Analiza szczegółowa wybranych zagadnień
Materiał i jego weryfikacja praktyczna
Konstrukcja
Technologia
PLAN PREZENTACJI
OBIEKTY ZESPOLONE BETON-STAL
•Czas wznoszenia
•Ilość materiałów
•Trwałość
•Wystarczająca bezwładność cieplna pomostu
PRZYKŁADY REALIZACJI
KANADA
PRZYKŁADY REALIZACJI
KANADA
Klimat:
- umiarkowany ciepły - południowa część kraju
- subpolarny i polarny - północna część kraju
- górski - Kordyliery
Roczne sumy opadów :
- Kordyliery - 6000 mm
- wybrzeŜa - 1000 mm
- środkowa Kanada - 300-500 mm
Polska:
klimat umiarkowany o charakterze
przejściowym pomiędzy klimatem
morskim a lądowym
Polska:
w górach: od 800mm do 1400 mm;
na nizinach i wyŜynach: 400-750 mm;
Średnia miesięczna temperatura powietrza:
- lipiec: od -5°C (północ kraju) do + 21°C (południe kraju)
- styczeń: od -35°C (północ kraju) do 1-4°C (południowy - zachód kraju)
Polska: lipiec od 16 do 19°C
Styczeń; od -6°C a 0°C
Wiadukt kolejowy nad autostradą. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.
Przęsła czterodźwigarowe (blachownice spawane).
Wiadukt kolejowy nad autostradą. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.
Przęsła czterodźwigarowe (blachownice spawane).
Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny trójprzęsłowy, ciągły.
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny trójprzęsłowy, ciągły.
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Most drogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Most drogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Most drogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Most drogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Kładka dla pieszych nad drogą dwujezdniową. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.
Przęsła dwudźwigarowe, kratownice krzyŜulcowe ze sztywnym pasem dolnym.
Kładka dla pieszych nad drogą dwujezdniową. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.
Przęsła dwudźwigarowe, kratownice krzyŜulcowe ze sztywnym pasem dolnym
Budowa wiaduktu drogowego nad autostradą. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.
Przęsła czterodźwigarowe, skrzynki trapezowe, styki montaŜowe na śruby spręŜające
Budowa wiaduktu drogowego nad autostradą. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.
Przęsła czterodźwigarowe, skrzynki trapezowe, styki montaŜowe na śruby spręŜające
Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny jednoprzęsłowy
Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.
PRZYKŁADY REALIZACJI
WŁOCHY
UWARUNKOWANIA
MOśLIWE ZABIEGI
•-
WYCZERPANIE
POJEMNOŚCI
AUTOSTRADY
UNIFIKACJA OBIEKTÓW
– SKRÓCENIE
CZASU PROJEKTOWANIA I
REALIZACJI
BRAK MOśLIWOŚCI ROZBUDOWY
PREFABRYKACJA ELEMENTÓW OBIEKTÓW
PEŁNE ZURBANIZOWANIE OTOCZENIA AUTOSTRADY
ZMNIEJSZENIE LICZBY ETAPÓW PRAC KONSTRUKCYJNYCH
KONIECZNOŚĆ UTRZYMANIA RUCHU
ELIMINACJA PODPÓR I RUSZTOWAŃ
ZAMKNIĘCIA CHWILOWE - MINIMALIZACJA OKRESU ROBÓT BUDOWLANYCH
ZASTOSOWANIE MATERIAŁÓW NIE WYMAGAJĄCYCH REGULARNEJ
OGRANICZONA MOśLIWOŚĆ KONSERWACJI
KONSERWACJI
•
•
•
•
•
GŁÓWNE PRIORYTETY
•
SZYBKI POSTĘP PRAC
•
TRWAŁOŚĆ, MINIMALNA OBSŁUGA I KONSERWACJA
Wiadukt drogowy nad autostradą; Ustrój nośny jednoprzęsłowy
Wiadukt drogowy nad autostradą;
Ustrój nośny trójprzęsłowy, swobodnie podparty
Most autostradowy nad kanałem Leonardo da Vinci
Ustrój łukowy
Most przez rz. Wisłę
w Zakroczymiu
Stal 12 H Nnb
ANALIZA SZCZEGÓLOWA WYBRANYCH ZAGADNIEŃ
MATERIAŁ
Stale trudnordzewiejące - większa odporność korozyjna od stali węglowych
obecność 0,2-0,5% Cu, 1- 3% Cr oraz niewielkich ilości P, Al i Ni
W obecności środowiska korozyjnego na powierzchni stali powstaje patyna warstwa pasywująca złoŜona z siarczanów i węglanów miedzi, chroniąca stop
przed dalszym utlenianiem.
Stale konstrukcyjne spawalne ogólnego przeznaczenia do pracy w atmosferach
przemysłowych i morskich, np.: Corten, Tenapso, 10H, 10HNAP, 18G2ACu,
St3SCu, 10HSNCu.
Norma polska i europejska PN-EN 10155:1997 i EN 10155:1993: STALE
KONSTRUKCYJNE TRUDNO RDZEWIEJĄCE
Zawartość elementów - [%] cięŜar
Oznaczenie
W.Nr.
W.Nr.
Corten A
1.8946
Corten B
1.8963
C
max.
0,12
0,16
Si
Mn
P
0,25
0,75
0,20
0,50
0,07
0,15
0,30
0,50
0,80
1,25
max.
0,035
S
max.
Cr
Cu
0,035
0,50
1,25
0,25
0,55
0,035
0,40
0,65
0,25
0,40
Ni
max..
max
0,65
0,40
W celu osiągnięcia struktury drobnoziarnistej stal zawiera wystarczające ilości
elementów wiąŜących azot (np. ≥ 0,02% Al).
V
0,02
0,10
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA CORTEN
Stal trudnordzewiejąca jest stosowana w budowie mostów w
Stanach Zjednoczonych od 1964 r. W ciągu 30 lat w USA
powstało 2300 mostów z tej stali.
Po 16 latach stosowania przeprowadzono długofalowy program
badawczy na temat ich trwałości, podzielony na dwie fazy:
1. Analiza trwałości konstrukcji ze stali trudnordzewiejącej w róŜnych
warunkach – 52 obiekty, inicjatywa AISI, przeprowadzona 1980,
opublikowana 1982.
2. Analiza powłok ochronnych na stali trudnordzewiejącej – inicjatywa
FHWA i SSPC, przeprowadzona 1992, opublikowana 1995
Ponadto, zorganizowane było Forum na temat stosowania stali
trudnordzewiejącej w konstrukcjach mostowych, z którego
opublikowano raport. FHWA wydała teŜ poradnik dla stosowania
niepowlekanej
stali trudnordzewiejącej
w konstrukcjach (rok 1989).
Moorestown;
New Jersey Turnpike;1964
Po 13 latach od pierwszej fazy badań, AISI przeprowadził ponowne
badania 52 obiektów w roku 1993.
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA
Wybrane obiekty objęte badaniami - USA
Droga NC 231 nad US 264; 1976
Droga MD I-895 nad I-95; 1970
New Jersey Turnpike;
Sól na poboczach
Green Bay, Wisconsin; 1,22m
nad wodą stojącą; 1971
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA
Wybrane obiekty objęte badaniami - USA
Waukesha, Wisconsin; 2,0 –
2,9m nad rzeką; 1972
Pęknięcie zmęczeniowe
Droga 23 nad kanałem Doullut; 1975
Droga 52; Most nr 2039; 1972r
Droga 23 nad kanałem Doullut; 1975
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA
Efekt ekonomiczny
KOSZTY MALOWANEJ I NIEMALOWANEJ STALI
zwykłej
Trudnordzew
MASA STALI
5151 T
5151T
MATERIAŁY, WYRÓB,
ROBOCIZNA, TRANSPORT
$5.57 M
$5.86 M
MONTAś
$0.47 M
$0.47 M
MALOWANIE
WARSZTATOWE
$0.38 M
$0.03 M
MALOWANIE TERENOWE
$0.54 M
$0.01 M
RAZEM
$6.96 M
$6.37 M
RÓśNICA = 9.2%
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA (TYPU CORTEN)
Obserwacje z inspekcji po 30 latach:
•
UwaŜa się, Ŝe stal corten jest wraŜliwa na chlorki, jednakŜe wyniki
obserwacji na drogach tego generalnie nie potwierdzają
•
Jedynie w regionie Detroit znaczącą korozję elementów z tej stali przypisuje
się odladzaniu dróg
•
Brak korozji w obiektach usytuowanych nad wodą płynącą
•
Dowiedziono braku konieczności zabezpieczenia powierzchni stali
powłokami
•
Ogniska korozji pod dylatacjami na skutek stałej obecności wody
•
Wpływ niedroŜności spustów
•
Znacząca korozja pod wpływem glikolu polipropylenowego
•
Stwierdzono korozję pod wpływem wody morskiej
•
Zredukowana moŜliwość dostrzeŜenia
pęknięć zmęczeniowych
ROZWIĄZANIA TYPOWE WIADUKTÓW NAD AUTOSTRADĄ
USTRÓJ NOŚNY
wielodźwigarowa konstrukcja ze spawanych dźwigarów
stalowych ze stali trudnordzewiejącej
USTRÓJ NOŚNY
styki montaŜowe na śruby spręŜające
USTRÓJ NOŚNY
zastosowanie w pasach dolnych blach o duŜej szerokości b>10t
USTRÓJ NOŚNY
pasy bez nakładek
USTRÓJ NOŚNY
brak blach węzłowych, połączenia stęŜeń bezpośrednio do pasów
USTRÓJ NOŚNY
zastosowanie blach szalunkowych g=5mm
blachy usztywnione Ŝebrami kratownicowymi co 400mm
POMOST OBIEKTU
Płyta Ŝelbetowa
Łączniki zespalające powierzchniowo typu NELSON, o średnicy 19mm
w liczbie 3 do 4 w poprzek pasa
USTRÓJ NOŚNY
rozwiązanie belek gzymsowych - element zamykający szalunek płyty
USTRÓJ NOŚNY
rozwiązanie belek gzymsowych - maskujący element
architektoniczny ze stali nierdzewnej.
USTRÓJ NOŚNY - MATERIAŁY
Konstrukcja: Stal S355J0W, S355J2G2W, S355K2G2W
Płyty szalunkowe: Stal S355J0W
Łączniki sworzniowe typu NELSON: ST37-3K
Śruby spręŜające klasy 10.9
Beton pomostu C40/50
USTRÓJ NOŚNY – TECHNOLOGIA BUDOWY
1. Ruszt stalowy, wszystkie połączenia cierne
2. Brak podpór montaŜowych
3. Po zainstalowaniu blach szalunkowych montaŜ zbrojenia i
betonowanie
USTRÓJ NOŚNY – PODSUMOWANIE
Wybór ustroju zespolonego jest racjonalny w kontekście krótkiego
terminu realizacji; ogromna popularność tej technologii w wielu
krajach (Wielka Brytania, Niemcy, Hiszpania, Portugalia, Włochy,
Stany Zjednoczone, równieŜ z wykorzystaniem stali
trudnordzewiejącej)
Połączenia cierne na śruby spręŜające – wyeliminowanie spawania na
budowie oraz uszczelnienie styków
Wykorzystanie dźwigarów pełnościennych w rozstawie rzędu 3,20m
pozwala na przewietrzanie przekroju – mniejszy wpływ wilgoci
PODSUMOWANIE
1. PROPONOWANE ROZWIĄZANIA SĄ POPRAWNE I
UZASADNIONE Z UWAGI NA SZYBKI CZAS REALIZACJI A
TAKśE ZAPEWNIENIE ICH TRWAŁOŚCI I PRAWIDŁOWEJ
PRACY W OKRESIE UśYTKOWANIA
2. W LOKALIZACJACH, GDZIE WZGLĘDY ESTETYCZNE MAJĄ
MNIEJSZE ZNACZENIE, OBIEKT O NISKICH WYMAGANIACH W
ZAKRESIE UTRZYMANIA WYKONANY ZE STALI
TRUDNORDZEWIEJĄCEJ WYDAJE SIĘ BYĆ OPTYMALNYM
WYBOREM
3. OBIEKCJE W STOSOWANIU STALI TRUDNORDZEWIEJĄCEJ W
OBIEKTACH MOSTOWYCH W SZCZEGÓLNOŚCI POD
AUTOSTRADĄ WYDAJĄ SIĘ NIEUZASADNIONE
DZIĘKUJĘ