SPIS TREŚCI Ważniejsze oznaczenia

SPIS TREŚCI
Ważniejsze oznaczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
7
1. Cel i zakres opracowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2. Historia rozwoju mostów betonowych z naprężanymi cięgnami . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Początki betonu sprężonego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1. Początki betonu sprężonego na świecie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2. Historyczne systemy kabli i zakotwień . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3. Początki betonu sprężonego w Polsce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Pierwsze filozofie projektowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Renesans sprężenia zewnętrznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Wzmacnianie istniejących konstrukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Budowa nowych mostów z cięgnami zewnętrznymi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Usytuowanie cięgna w stosunku do dźwigara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Współczesne polskie realizacje betonowych mostów z cięgnami naprężanymi . . . . . . .
2.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
13
13
20
24
26
27
27
29
35
37
41
3. Materiały i wyroby do budowy mostów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Krótka charakterystyka podstawowych materiałów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1. Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2. Stal zwykła . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.3. Stal sprężająca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.4. Materiały kompozytowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Wyroby i urządzenia do konstrukcji sprężonych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1. Współczesne systemy z cięgnami stalowymi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2. Unowocześnione systemy konwencjonalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3. Systemy kompozytowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Mechanizmy i czynniki degradacji systemów sprężania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Ochrona i zapobieganie degradacji systemów sprężania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
41
42
42
52
56
64
72
72
83
85
92
93
97
4. Straty siły sprężającej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2. Straty sprężania w cięgnach stalowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.1 Wydłużenie cięgien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.2. Doraźne straty sprężania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.2.3. Reologiczne straty sprężania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3. Straty sprężania w cięgnach kompozytowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5. Mosty sprężone cięgnami z przyczepnością . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.1. Przegląd podstawowych form konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.1.1. Mosty belkowe z betonu sprężonego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.1.2. Mosty z cięgnami wyniesionymi ponad poziom pomostu – mosty grzbietowe . . 109
5.1.3. Mosty ramowe z cięgnami obetonowanymi nad i pod dźwigarem . . . . . . . . . . . . 113
5.2. Oddziaływanie cięgien sprężających na konstrukcję . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.2.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Spis treści
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
353
5.2.2. Modelowanie cięgien w postaci przyłożonego obciążenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.2.3. Wyznaczanie oddziaływań od sprężenia z wykorzystaniem linii wpływu . . . . . . 125
5.2.4. Wyznaczanie oddziaływań od sprężenia – integracja programów do rysowania
i analizy statycznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.2.5. Modelowanie cięgien w postaci elementów dyskretnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Analizowanie konstrukcji sprężonych w praktyce inżynierskiej . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.3.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.3.2. Modelowanie obiektów mostowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3.3. Modelowanie cięgien za pomocą programu SOFiSTiK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Przykład doboru tras cięgien sprężających według kryterium ekonomicznego . . . . . . . . 142
Przykład porównania podniesień wykonawczych przy dwóch scenariuszach budowy . . 147
Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
6. Badania doświadczalne konstrukcji z cięgnami zewnętrznymi bez przyczepności . . . . . 159
6.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.2. Weryfikacja analitycznych metod wyznaczania sztywności giętnej . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3. Przykład badań sztywności giętnej belek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.4. Analiza belki sprężonej cięgnem zewnętrznym o dużych mimośrodach obciążonej aż do
zniszczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.4.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.4.2. Opis modelu obliczeniowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.4.3. Model materiałowy betonu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.4.4. Wyniki numeryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.5. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7. Mosty sprężone cięgnami bez przyczepności o trasach mieszczących się w obrębie wysokości dźwigara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.2. Elementy składowe systemu sprężającego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2.2. Główne elementy rozciągane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.2.3. Zakotwienia cięgien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.2.4. Systemy zabezpieczenia przed korozją . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.2.5. Dewiatory i miejsca odgięcia cięgien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.3. Zalety i wady sprężenia zewnętrznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.4. Porównanie sprężania cięgnami wewnętrznymi z przyczepnością i cięgnami zewnętrznymi bez przyczepności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.5. Modelowanie cięgien z przyczepnością i bez przyczepności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
8. Ustroje prętowo-cięgnowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1. Przegląd podstawowych form konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1.1. Mosty podwieszone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1.2. Mosty extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.1.3. Mosty z cięgnami pod dźwigarem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.1.4. Mosty wstęgowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.1.5 Mosty z mieszanymi układami naprężanych cięgien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2. Charakterystyka rozwiązań konstrukcyjnych mostów extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.2.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.2.2. Układy statyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
8.2.3. Kształtowanie konstrukcji nośnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
354
8.3.
8.4.
8.5.
8.6.
8.7.
Spis treści
8.2.4. Siodła na pylonach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.2.5. Zakotwienia na pylonie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
8.2.6 Zakotwienia w dźwigarze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Efektywność ekonomiczna mostów extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Wybrane aspekty projektowania mostów extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.4.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.4.2. Sztywność konstrukcji nośnej, podpór i cięgien extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.4.3 Projektowanie koncepcyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
8.4.4. Siodła lub zakotwienia na pylonie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
8.4.5. Specyfika projektowania cięgien extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Budowa mostów extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
8.5.1. Informacje wstępne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
8.5.2. Budowy nietypowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Kierunki rozwoju mostów extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Podsumowanie .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
9. Analiza modeli obliczeniowych mostu typu extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9.2. Parametry wyjściowe do analizy .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
9.2.1. Parametry materiałów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
9.2.2. Założenia dotyczące modeli obliczeniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
9.2.3. Obciążenia i schematy obciążeń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
9.3. Analiza, w zakresie sprężystym, modeli 2D i 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
9.3.1. Zakres wykonanych analiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
9.3.2. Przemieszczenia pionowe dźwigara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
9.3.3. Zakres zmienności sił osiowych w cięgnach extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
9.3.4. Pionowe przemieszczenia dźwigara w modelach 2D i 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
9.3.5. Siły osiowe w cięgnach extradosed od poszczególnych obciążeń . . . . . . . . . . . . . 288
9.3.6. Siły osiowe w cięgnach extradosed od przyjętych kombinacji SGN . . . . . . . . . . . 291
9.3.7. Porównanie ekstremalnych wartości sił osiowych cięgien extradosed i pionowych
przemieszczeń dźwigarów modeli 2D i 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
9.3.8. Podsumowanie wykonanych analiz modeli 2D i 3D w zakresie sprężystym . . . . 295
9.4. Analiza modelu nieliniowego 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.4.1. Informacje wstępne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.4.2. Iteracyjny dobór sił w cięgnach extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
9.4.3. Wnioski wynikające z iteracyjnego doboru sił w cięgnach extradosed . . . . . . . . . 305
9.4.4. Pionowe przemieszczenia dźwigara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
9.4.5. Siły osiowe w cięgnach extradosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
9.5. Podsumowanie wykonanych analiz modelu nieliniowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
9.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
10. Podsumowanie i wnioski końcowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
Streszczenie. Concrete bridges with tensioned tendons – evolution of structural forms and principles of calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350