Badania mostowych konstrukcji gruntowo-powłokowych

SPIS TREŚCI
Wrocławska Seria Wydawnicza InĪynierii Mostowej ................................................................ 9
Od autora ........................................................................................................................................ 11
Podstawowe oznaczenia ................................................................................................................. 13
1. Mostowe konstrukcje gruntowo-powłokowe......................................................................... 15
1.1. Ogólna charakterystyka ................................................................................................... 15
1.1.1. Konstrukcje mostowe o kształcie łukowym ....................................................... 15
1.1.2. Charakterystyki uĪytkowe obiektów komunikacyjnych ..................................... 18
1.1.3. Przewody o kształcie rurowym ........................................................................... 21
1.1.4. Mosty zintegrowane ............................................................................................ 23
1.2. Zasypka gruntowa i nawierzchnia ................................................................................... 24
1.2.1. Rola zasypki gruntowej i nawierzchni jezdni w obiekcie ................................... 24
1.2.2. Technika układania zasypki ................................................................................ 27
1.2.3. Balastowanie powłoki ......................................................................................... 27
1.2.4. Grunty zbrojone siatką ........................................................................................ 28
1.2.5. Płyta rozkładająca obciążenia skupione jezdni ................................................... 31
1.3. Posadowienie powłok ...................................................................................................... 33
1.3.1. Rodzaje posadowienia ........................................................................................ 33
1.3.2. Posadowienia bezpośrednie ................................................................................ 33
1.3.3. Podparcia powłok o kształcie łukowym ............................................................. 34
1.3.4. Podatne posadowienia liniowe ............................................................................ 34
1.3.5. Podparcie powłoki na palach .............................................................................. 36
2. Powłoki obiektów gruntowo-powłokowych ........................................................................... 38
2.1. Powłoki z blach falistych................................................................................................. 38
2.1.1. Parametry geometryczne blach ........................................................................... 38
2.1.2. Charakterystyki geometryczne i wytrzymałościowe .......................................... 41
2.1.3. Projektowanie powłoki z uwagi na sztywność blachy ........................................ 43
2.1.4. Kształt przekroju poprzecznego powłoki............................................................ 44
2.1.5. Konstrukcje o rekordowych rozpiętościach ........................................................ 45
2.2. Blachy faliste z nakładką ................................................................................................. 48
2.2.1. Konstrukcja powłoki ........................................................................................... 48
2.2.2. Podatność połączenia obwodowego powłok warstwowych ............................... 48
2.3. Prefabrykowane powłoki z betonu zbrojonego ............................................................... 51
2.3.1. Kształty prefabrykatów ....................................................................................... 51
2.3.2. Prefabrykaty systemu BEBO .............................................................................. 51 
2.3.3. Prefabrykaty systemu TechSpan i Prefac .......................................................... 52
2.3.4. Prefabrykaty Con/Span ..................................................................................... 53
2.4. Modele obliczeniowe konstrukcji betonowych ............................................................. 54
2.4.1. Przykład obiektu z elementów prefabrykowanych ........................................... 54
2.4.2. Sztywność powłok betonowych ........................................................................ 55
3. Deformacja powłoki podczas budowy ................................................................................. 57
3.1. Zależność deformacji od kształtu powłoki .................................................................... 57
3.2. Zmiana kształtu powłoki ............................................................................................... 59
3.2.1. Charakterystyczne przemieszczenia powłoki ................................................... 59
3.2.2. Powłoki o kształcie łukowym ........................................................................... 60
3.2.3. Powłoki betonowe SpanTech ............................................................................ 62
3.2.4. Powłoki o kształcie kroplistym ......................................................................... 63
3.2.5. Powłoki o kształcie skrzynkowym.................................................................... 65
3.3. Prognozowanie wypiętrzania powłoki........................................................................... 66
3.3.1. Modelowanie procesu układania zasypki ......................................................... 66
3.3.2. Parametry charakterystyczne obiektu ............................................................... 66
3.3.3. Wpływ geometrii powłoki na wypiętrzenie ...................................................... 69
3.4. Cechy fizyczne materiału obiektu.................................................................................. 70
3.4.1. Geometria i materiał powłoki ........................................................................... 70
3.4.2. Materiał powłoki ............................................................................................... 72
3.4.3. Kształt powłoki ................................................................................................. 73
3.4.4. Parametry fizyczne gruntu ................................................................................ 74
3.5. Przykład prognozowania deformacji powłoki ............................................................... 74
3.5.1. Konstrukcja obiektu .......................................................................................... 74
3.5.2. Przemieszczenia powłoki .................................................................................. 76
3.5.3. Pomiar przemieszczeń powłoki podczas budowy............................................. 77
4. Zmiana geometrii pasma obwodowego powłoki ................................................................. 80
4.1. Zmiana promienia krzywizny jako efekt oddziaływania gruntu na powłokę................ 80
4.2. Bezpośrednie wykorzystanie pomiarów geodezyjnych................................................. 83
4.3. Transformacja układu pomiarowego ............................................................................. 86
4.4. Zmiana krzywizny powłoki ........................................................................................... 88
4.5. Zmiany promienia krzywizny powłoki o kształcie łukowym ....................................... 89
4.6. Zmiany promienia krzywizny powłoki o kształcie kroplistym ..................................... 92
4.7. Zależność promienia krzywizny powłoki od poziomu pomiarowego ........................... 94
4.8. Zmiana geometrii powłoki podczas eksploatacji obiektu.............................................. 96
4.9. Pomiary kontrolne geometrii powłoki ........................................................................... 97
4.10. Szacowanie zmiany promienia krzywizny w kluczu powłoki....................................... 98
4.11. Szacowanie ekstremalnej wartości zmiany krzywizny ................................................. 101
4.12. Zmiana krzywizny w kluczu powłoki ........................................................................... 103
4.13. Zależność zmiany krzywizny od ugięcia ....................................................................... 106
5. Modele powłok zanurzonych w ośrodku gruntowym......................................................... 109
5.1. Modele przestrzenne obiektów gruntowo-powłokowych.............................................. 109
5.2. Hybrydowy model obiektu ............................................................................................ 112
5.3. Zależność momentu zginającego od deformacji powłoki ............................................. 114
5.3.1. Model pręta o starym promieniu krzywizny ..................................................... 114
5.3.2. Wpływ składowych sił wewnĊtrznych na zmianę promienia krzywizny. ........ 117 
5.4. Model 2D jako płaski wycinek obwodowy obiektu ...................................................... 118
5.4.1. Schemat modelu ................................................................................................ 118
5.4.2. Sił wewnętrzne w paśmie obwodowym powłoki............................................ 118
5.4.3. Oddziaływania kontaktowe ............................................................................... 120
5.5. Zastosowanie funkcji wpływu w modelu 2D ................................................................ 123
5.5.1. Zależność momentów zginających od parcia gruntu ........................................ 123
5.5.2. Iteracyjny algorytm rozwiązania....................................................................... 126
5.5.3. Wykorzystanie pomiarów geodezyjnych do oceny parcia gruntu .................... 130
5.6. Przekształcanie składowych przemieszczeń na kierunek radialny ................................ 134
6. Obciążenia stacjonarne ......................................................................................................... 138
6.1. Funkcje momentów zginających szacowane na podstawie pomiaru ugięć ................... 138
6.2. Efekty parcia hydrostatycznego na powłoki ................................................................. 142
6.3. Wyniki tensometrycznych pomiarów przemieszczeń powłoki ..................................... 146
6.3.1. Rozwiąząnie różnicowe łuku ............................................................................ 146
6.3.2. Zależność przemieszczeń od odkształceń ......................................................... 148
6.3.3. Algorytm kolokacyjny ...................................................................................... 150
6.3.4. Analiza deformacji powłok podczas budowy ................................................... 151
6.3.4.1. Obiekt w Ostródzie ............................................................................ 151
6.3.4.2. Obiekt Shamal Bridge ........................................................................ 152
6.3.4.3. Obiekt w Jedlinie ............................................................................... 154
6.3.4.4. Dokładność obliczeń .......................................................................... 155
6.4. Oddziaływania kontaktowe w modelu obiektu ............................................................. 156
6.4.1. Model konstrukcji gruntowo-powłokowej ........................................................ 156
6.4.2. Intensywność oddziaływań kontaktowych ....................................................... 157
6.5. Siły wewnętrzne od powtórnego obciążenia samochodem ........................................... 159
7. Funkcje wpływu ..................................................................................................................... 162
7.1. Linia wpływu ugięcia powłoki ...................................................................................... 162
7.1.1. Obciążenie budowlane ...................................................................................... 162
7.1.2. Obciążenie lokomotywą.................................................................................... 164
7.2. Funkcje wpływu ugięcia obiektu kolejowego ............................................................... 166
7.3. Sprowadzenie geometrii obiektu do modelu 2D ........................................................... 168
7.4. Intensywność oddziaływania kontaktowego ................................................................. 170
7.4.1. Model obliczeniowy.......................................................................................... 170
7.4.2. Parcie gruntu na powłokę.................................................................................. 172
7.4.3. Pomiary przemieszczeń .................................................................................... 173
7.4.4. Funkcje parcia gruntu na powłokę .................................................................... 174
7.5. Funkcje wpływu uzyskane z ciągłego przejazdu pojazdu po obiekcie ......................... 178
7.5.1. Linie wpływu ugięcia klucza powłoki .............................................................. 178
7.5.2. Linie wpływu się wewnĊtrznych w kluczu powłoki ......................................... 179
8. Sztywność konstrukcji ........................................................................................................... 182
8.1. Definicja sztywności konstrukcji ................................................................................... 182
8.2. Charakterystyki statyczne mostów ................................................................................ 184
8.3. Sztywność mostu jako parametr charakterystyczny konstrukcji ................................... 185
8.4. Zmiana sztywności obiektu podczas budowy ............................................................... 186
8.5. Szacowanie sztywności na podstawie wyników badania obiektu ................................. 187
8.6. Przykłady badań ugięć powłok obiektów kolejowych .................................................. 189 
8.6.1. Obiekt ekologiczny ........................................................................................... 189
8.6.2. Wiadukt o konstrukcji łukowej z nakładką ....................................................... 190
8.7. Wpływ gruboĞci naziomu na sztywnoĞü obiektu .......................................................... 191
8.8. Sztywność powłok z blach falistych.............................................................................. 193
8.9. Wskaźnik podatności konstrukcji .................................................................................. 194
9. Deformacja powłoki podczas obciążenia ruchomego ......................................................... 195
9.1. Obciążenia ruchome ...................................................................................................... 195
9.2. Algorytm obliczania przemieszczeń powłoki................................................................ 196
9.3. Wyniki pomiarów tensometrycznych ............................................................................ 198
9.4. Macierzowy algorytm obliczania przemieszczeń .......................................................... 204
9.5. Porównanie technik pomiarowych ................................................................................ 205
9.6. Składowe przemieszczenia powłoki .............................................................................. 206
9.7. Pętla cyklu obciążenia ................................................................................................... 209
10. Efekty statyczne obciążeń zmieniających połoĪenie ........................................................... 211
10.1. Obciążenia uĪytkowe obiektów ..................................................................................... 211
10.1.1. Obciążenie stacjonarne ..................................................................................... 211
10.1.2. Obciążenie zmieniające położenie .................................................................... 212
10.1.3. Przemieszczenia residualne .............................................................................. 213
10.2. Ugięcia powłoki określone na podstawie pomiarów tensometrycznych ....................... 213
10.3. Bezpośredni pomiar ugięcia powłoki podczas przejazdu samochodu........................... 216
10.4. Pomiary przemieszczeń powłoki w wiadukcie kolejowym........................................... 219
10.4.1. Konstrukcja obiektu i obciążenie ...................................................................... 219
10.4.2. Pomiary przemieszczeń w ujęciu odcinkowym ................................................ 220
10.4.3. Pomiar przemieszczeń w ujęciu ciągłym .......................................................... 223
10.5. Przemieszczenia powłoki w kolejowym obiekcie ekologicznym ................................. 225
10.5.1. Baza pomiarowa i schematy obciążeń .............................................................. 225
10.5.2. Przemieszczenia powłoki w schemacie odcinkowym ...................................... 226
10.5.3. Przemieszczenia powłoki podczas przejazdu ciągłego ..................................... 229
10.6. Przemieszczenia poziome powłok bliźniaczych............................................................ 229
10.7. Ugięcia powłoki o kształcie skrzynkowym ................................................................... 232
10.8. Oddziaływania kontaktowe od obciążenia budowlanego.............................................. 234
10.9. Związek sił wewnĊtrznych z parciem gruntu ................................................................ 239
11. Monitoring obiektów ............................................................................................................. 242
11.1. Faza budowy .................................................................................................................. 242
11.1.1. Dopuszczalna deformacja powłoki ................................................................... 242
11.1.2. Przerwy robocze i zmiany termiczne ................................................................ 245
11.1.3. Przerwy sezonowe i technologiczne ................................................................. 247
11.1.4. Dokładność obliczeń przemieszczeń ................................................................ 249
11.1.5. Momenty zginające i siły osiowe ...................................................................... 251
11.2. Efekt przesklepienia ...................................................................................................... 253
11.3. Minimalna gruboĞü naziomu ......................................................................................... 254
11.4. Zmiana cech fizycznych gruntu w fazie eksploatacji .................................................... 255
11.5. Oddziaływania dynamiczne pojazdów .......................................................................... 257
Literatura...................................................................................................................................... 261