Проектирование и основные технологии строительства из стали

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6626 (2023) Цитировать эту статью

1780 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В данной статье представлен новый тип стально-бетонной композитной пилоны, который был применен на Пятом Нанкинском мосту через реку Янцзы (трехпилонный вантовый мост с основным пролетом 600 м). В этом новом типе пилона стальные оболочки соединяются с бетоном с помощью срезных соединителей и шпилек PBL, а внутренние стальные оболочки соединяются с внешними стальными оболочками с помощью стальных уголков. Численный анализ и натурные модельные испытания показывают, что конструкция пилона демонстрирует отличные механические свойства и строительные характеристики. Применение технологии BIM, исследования и разработки специальных разбрасывателей и строительных платформ обеспечивают точный монтаж конструкций. Модульная сборка усиленной стальной оболочки заводского изготовления позволяет эффективно снизить интенсивность и сложность работ на объекте, а также повысить качество проекта при низких строительных рисках. Принимая во внимание, что успешное применение этого многослойного композитного пилона сталь-бетон-сталь знаменует собой формирование полного комплекса технологии строительства многослойного композитного пилона сталь-бетон-сталь, который может широко использоваться в аналогичных мостах.

Пилоны являются важнейшими несущими компонентами вантовых мостов, отвечающими за передачу нагрузок от тросов на фундамент моста. Таким образом, устойчивость мостов зависит от устойчивости и жесткости пилонов. Исследования и разработка конструкции пилона с улучшенными механическими свойствами, промышленной сборкой, более быстрым монтажом и надежным качеством имеют первостепенное значение для мостостроения.

Традиционно пилоны вантовых мостов изготавливаются с использованием пилонов стальной конструкции или пилонов бетонной конструкции1. Хотя пилоны стальной конструкции имеют преимущества заводской сборки и модульной сборки, их применение гораздо меньше, чем у бетонных пилонов, из-за высокой стоимости. Из-за высоких требований к жесткости пилона пилоны должны иметь большую площадь поперечного сечения, и, следовательно, используется больше стали, в результате чего стоимость строительства примерно в три раза превышает стоимость бетонного пилона. Бетонный пилон обладает преимуществами высокой жесткости и хорошей устойчивости, а также более низкими затратами на строительство. Однако способ его возведения представляет собой ряд сложных этапов: монтаж жесткого каркаса, крепление арматуры, монтаж и регулировка опалубки, заливка бетона. Строительные операции в основном основаны на ручном труде с низкой стандартизацией и сборкой, что приводит к длительным периодам строительства, высокой интенсивности эксплуатации объекта, высокому риску и удлинению циклов использования оборудования.

Металлобетонные композитные пилоны обладают многими преимуществами по сравнению со стальными и бетонными пилонами. Стальная конструкция может сэкономить много времени благодаря заводской сборке и модульной установке. В то же время его также можно использовать в качестве шаблона для заливки бетона. Стальная конструкция сдерживает бетон, дополнительно улучшая его несущую способность. Комбинация стали и бетона также наследует преимущества высокой жесткости бетонного пилона.

Металлобетонные композитные пилоны преимущественно применяются в пилонах сложной геометрической формы. Например, из-за сложной геометрии вантового моста Аламилло первоначальная конструкция железобетонного пилона была изменена на составную конструкцию с целью сокращения сроков строительства. Таким образом, внешний металлический корпус, соединенный с бетоном, заменил множество стальных стержней, установка которых заняла бы гораздо больше времени2. Комбинированное действие достигается за счет соединительных шпилек, непосредственно приваренных к основным стальным пластинам, образующим внешний корпус, и горизонтальным ребрам жесткости основных пластин, которые также учитываются при передаче усилия сдвига между сталью и бетоном. Сюй и др. исследовал наблюдаемое поведение колонн сэндвич-бокса, которые состояли из двойных тонкостенных стальных труб с бетоном между ними, подвергнутых комбинированному изгибу и осевой нагрузке. Результаты показывают, что высокие эксплуатационные характеристики сэндвич-элементов выше, чем у соответствующих элементов из труб, заполненных бетоном. Повышение прочности достигало 45 процентов для сэндвич-профилей с некомпактными внешними трубками3. Верхняя колонна пилона моста Стоункаттерс имеет стально-бетонную композитную конструкцию. Стальная конструкция изготовлена ​​из нержавеющей стали, а для соединения стали и бетона используются только приваренные шпильки6. Тао и др. исследовали прочность и жесткость бетононаполненных стальных трубчатых окороков с внутренними или наружными приваренными продольными ребрами жесткости при осевом сжатии4. Се и др. изучили инновационную форму сэндвич-конструкции сталь-бетон-сталь, в которой две стальные пластины соединены между собой серией поперечных стержневых соединителей, одновременно сваренных трением на обоих концах5. Цзэн и др. спроектировали и изготовили пять образцов с соединителями из перфорированной пластины и пять образцов с приваренными соединителями-шпильками для изучения наблюдаемого поведения двухоболочного стального бетонного композитного пилона при осевой нагрузке и комбинированной постоянной осевой нагрузке с циклической боковой нагрузкой соответственно7. Ленг В.Х. изучил метод расчета несущей способности соединителей PBL на сдвиг предварительно напряженной сталебетонной составной криволинейной опоры моста Личуань, а также факторы, влияющие на усадку и ползучесть бетона в стальной оболочке8. JY Ричард Лью и др. исследовали характеристики инновационной сэндвич-композитной конструкции с J-образными соединителями, включая сэндвич-композитные балки, сэндвич-композитные плиты и композитные сэндвич-стены, подверженные взрывным, ударным, усталостным и статическим нагрузкам9. Вэй и др. изучен механизм передачи усилия сталежелезобетонного составного пилона с верхним стальным пилоном и нижним бетонным пилоном на стыке стали и бетона с помощью испытания модели в масштабе10. Ван и др. изучили влияние различных форм поперечного сечения и срезных соединителей на сталежелезобетонный композитный пилон, и результаты показали, что по сравнению с прямоугольным сечением прямоугольное сечение с фасками обладает более высокой способностью сопротивляться местному короблению, а срезные соединители могут значительно повысить несущую способность и пластичность сталебетонной композитной опоры1.