Amerykańsko-Polski warsztat na temat struktur i materiałów

Maher K. Tadros
Charles J. Vranek
Amgad F. Morgan Girgis
Amerykańsko-Polski warsztat na temat struktur
i materiałów betonowych
OPTIMIZATION OF PRESTRESSED CONCRETE GIRDER EFFICIENCY
Streszczenie
Niniejszy referat dotyczy optymalizacji prefabrykowanych dźwigarów z betonu sprężonego i innych elementów wzdłużnych usztywniających stosowanych w budowach mostów
i innych budowlach. Metody poprawy strukturalnej i ekonomicznej wydajności dźwigarów
i podobnego kształtu elementów nośnych obejmują zwiększenie powierzchni kołnierza
dolnego, stosowanie zbrojenia spawanego, stosowanie betonu wysokowartościowego
oraz układanie dźwigarów w sposób ciągły w przypadku dużych obciążeń. Wszystkie
te rozwiązania można stosować łącznie w celu zapewnienia znacznie lepszych osiągów
i większej powierzchni przęseł. Niniejszy referat dotyczy systemów ciągłych.
Większość dźwigarów ze strunobetonu konstruuje się jako pojedyncze przęsła. Chociaż jest to najprostsza metoda budowy budynków i mostów, nie zapewnia ona najlepszych osiągów pod względem wydajności wykorzystania materiałów ani funkcjonalności.
Rozwarcie spoiny zwykle przyciąga brud i wilgoć, co wymaga stałej konserwacji i skraca
żywotność konstrukcji.
Istnieją cztery różne metody zapewnienia ciągłości dźwigarów betonowych, a mianowicie:
1) Dźwigary tworzy się jako proste przęsło niosące ciężar własny i ciężar pomostu.
W pomoście umieszcza się zbrojenie dla zapewnienia ciągłości systemu przenoszącego obciążenia statyczne i dynamiczne.
2) Dźwigary tworzy się jako proste przęsło niosące ciężar własny i w formie ciągłej dla
wszystkich dodatkowych obciążeń. Ciągłość zapewnia się dla ciężaru pomostu poprzez połączenie dźwigarów prętami gwintowanymi o dużej wytrzymałości przed
nałożeniem pomostu. Zbrojenie to przyczynia się do zachowania ciągłości ze względu
na wszystkie dodatkowe obciążenia.
Maher K. Tadros, PhD, PE – University of Nebraska-Lincoln, Omaha, Nebraska
Charles J. Vranek Professor of Civil Engineering – University of Nebraska-Lincoln, Omaha, Nebraska
Amgad F. Morgan Girgis, PhD – Research Assistant Professor – University of Nebraska-Lincoln, Omaha,
Nebraska
3) System ten działa tak samo jak system nr 2) z tą różnicą, że ciągłość zapewnia się poprzez napięcie na pełnej długości.
4) Gdy długość dźwigara jest mniejsza niż pełna długość przęsła ze względów transportowych, dźwigary można łączyć przy pomocy techniki post-tensioning na pełnej
długości.
Metoda post-tensioning na pełnej długości jest stosowana w przypadku dwóch z tych
systemów. Pozostałe dwa nie stosują jej, oferując tym samym oszczędności przy budowie. W szczególności, nowy system wypracowany przez University of Nebraska, system
zapewnienia ciągłości przy pomocy prętów gwintowanych (TRCS) będzie tu omawiany
szczegółowo. System TRCS charakteryzuje się większą wytrzymałością konstrukcji niż
inne systemy, w tym post-tensioning. Zaprezentowana zostanie analiza oraz pełne testy
systemu. Przedstawione też zostaną możliwości zwiększenia powierzchni przęseł.
Abstract
This paper focuses on optimizing precast prestressed concrete Igirders and other stringers
used in bridge and building applications. Methods to improve the structural and economical efficiency of Igirders and similar stringer shapes include increasing the area of the
bottom flange, using welded wire reinforcement, using high performance concrete, and
making the girders continuous for superimposed loads. All these improvements can be
combined to give substantially improved performance and increased span capacity. This
paper focuses on the continuity systems.
Most pretensioned concrete bridge girders are constructed as simple spans. While
this is the simplest method of construction for buildings and bridges, it does not result
in the best performance in terms of materials usage efficiency or functionality. Open
joint usually attract debris and moisture, creating continuous maintenance attention and
relatively short life.
There are four different types of creating continuity in concrete girders. They are
1. Girders are simple span for their weight and for deck weight. Deck reinforcement is
placed to render the system continuous for superimposed dead load and live load.
2. Girders are made simple span for their weight and continuous for all additional loads.
Continuity is achieved for deck weight by coupling the girders with high strength
threaded rods before the deck is placed. The deck reinforcement contributes to the
continuity due to all subsequent loads.
3. This system is the same as system (2) except that continuity is achieved through full
length pottensioning.
4. When the girder length is smaller than the full span length due to shipping constraints,
the girders may be spliced with full length posttensioning.
Full length posttensioning is utilized for two of the systems. The other two involve no
forms of field posttensioning, and thus offer construction economies. In particular, a new
University of Nebraska developed system, the threaded rod continuity system (TRCS),
will be discussed is detail. The TRCS has more structural efficiency than any of the other
systems, including posttensioning. Analysis and full scale testing of the system will be
presented. Span capacity improvements will be shown.
Keywords: Concrete, Bridges, optimization, Precast, IGirder, Posttensioning, Continuity