PL248837B1 - Prefabrykowany dźwigar zespolony do budowy mostowych ustrojów niosących - Google Patents

Abstract

Prefabrykowany dźwigar zespolony do budowy mostowych ustrojów niosących zawierający zespoloną strefę przęsłową stalowo-żelbetową z pasem górnym, środnikiem i pasem dolnym przechodzącą poprzez zespoloną strefę przejściową stalowo-żelbetową w strefę podporową żelbetową z pasem górnym, charakteryzuje się tym, że żelbetowa strefa podporowa ma żelbetowy pas dolny, a w strefie przęsłowej pas górny oraz górna część (202') środnika (202) są żelbetowe, natomiast pas dolny (204) i dolna część (202") środnika (202) są stalowe, przy czym wspomniane części górna (202') i dolna (202") środnika (202) strefy przęsłowej połączone są poprzez zespolenie (203).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest prefabrykowany dźwigar zespolony do budowy mostowych ustrojów niosących o zmiennym przekroju poprzecznym na swej długości.

W znanych rozwiązaniach dźwigary mostowe wykonane są w postaci nośnych kratownic lub belek z płytą żelbetową. W znanych rozwiązaniach dźwigary wykonane są z betonu zbrojonego, ze stali, albo częściowo ze stali i betonu zbrojonego.

Z dokumentu patentowego WO 99/42677 A1 znany jest dźwigar prefabrykowany zawierający dźwigar stalowy z górnym i dolnym kołnierzem oraz jeden lub wiele środników umieszczonych pomiędzy tymi kołnierzami. Górny kołnierz stalowy jest znacznie mniejszy niż dolny kołnierz i jest zabetonowany, przy czym betonowy kołnierz jest wykonany jako pełnopowierzchniowy element szalowania i jest połączony ze stalowym dźwigarem za pomocą elementów łączących.

Z dokumentu patentowego PL227501 B1, znany jest dźwigar zespolony do budowy mostów lub wiaduktów, zawierający dźwigar stalowy ze zbrojoną półką betonową albo płytą, która ze strefy przęsłowej sprowadzana jest do strefy dolnej dźwigara stalowego a przekrój zespolony przechodzi w zbrojony przekrój betonowy strefy podporowej, przy czym w obszarze przejścia strefy przęsłowej w strefę podporową zmniejsza się pole poprzecznego przekroju dźwigara stalowego na jego długości, w kierunku strefy podporowej. Znany dźwigar stalowy w strefie przęsłowej może mieć pojedynczy profil dwuteowy lub podwójny albo wielokrotny profil dwuteowy, albo pojedynczy profil teowy z dolną półką albo podwójny lub wielokrotny profil teowy z dolną półką.

Z dokumentu patentowego EP 3 327 200 B1, znany jest prefabrykowany dźwigar mostowy, zawierający strefę przęsłową, strefę podporową oraz strefę przejściową usytuowaną pomiędzy strefą przęsłową a strefą podporową. Strefę przęsłową stanowi dźwigar stalowy o profilu teowym, którego środnik skierowany jest w górę, a do górnej krawędzi wspomnianego środnika zamocowana jest górna półka z żelbetu. Ponadto ujawniona jest strefa podporowa dźwigara, która na wolnym końcu zawiera dodatkową strefę zespoloną z dodatkowym teownikiem stalowym.

Z dokumentu patentowego PL200769 B1, znany jest ustrój nośny stalowo-betonowy składający się z płyty żelbetowej i sztywnego elementu stalowego, którego część ścianki zabetonowana w płycie żelbetowej jest poprzecznie poprzecinana na kształt grzebienia z odgiętymi na boki zębami dla zwiększenia zespolenia z betonem, a z dokumentu patentowego PL219664 B1, znany jest sposób wytwarzania łącznika stalowego, który polega na tym, że linię cięcia elementu stalowego prowadzi się poprzez ciągłe i nieprzerwane rozcięcie rozpoczynające się odcinkiem prostym, następnie idąc ku górze odcinkiem krzywoliniowym stanowiącym krzywą złożoną z dowolnej liczby odcinków o stałym promieniu, zacieśniającą swój przebieg w kierunku punktu załamania i przechodzi się w odcinek pomiędzy ścinkami, po czym linię cięcia prowadzi się w przeciwną stronę do punktu załamania, dalej ku górze odcinkiem krzywoliniowym, stanowiącym krzywą złożoną z dowolnej liczby odcinków o stałym promieniu zwiększającą swój przebieg w kierunku odcinka prostego, a następnie powtarza się rozcięcie prowadząc symetrycznie linię cięcia w dół.

Ujawnione dźwigary zespolone, mają w strefie przęsłowej środnik stalow y, a zespolenie pomiędzy stalą i żelbetem usytuowane jest w górnym pasie żelbetowym. W związku z takim usytuowaniem zespolenia duża wysokość smukłego środnika nie zapewnia dostatecznej stateczności a z kolei pogrubienie stalowego środnika wiąże się ze zwiększeniem zużycia drogiego materiału, jakim jest stal.

W innym rozwiązaniu ujawnione dźwigary zespolone, mają w strefie przęsłowej środnik żelbetowy, a zespolenie pomiędzy stalą i żelbetem usytuowane jest w pasie dolnym zespolonym stalowo-żelbetowym. W tym przypadku zespolenie usytuowane jest w najbardziej wytężonej strefie rozciąganej w zarysowanym betonie, co zmniejsza nośność zespolenia i powoduje duże problemy z utrzymaniem dopuszczalnego rozwarcia rys w betonie.

Z kolei, w strefie podporowej, ujawnione dźwigary zespolone, mają środnik żelbetowy bez pasa dolnego, co wpływa na jego znaczną grubość, w wyniku czego zwiększony jest ciężar dźwigara, który w znacznym stopniu wpływa na duże ograniczenia w projektowaniu ustrojów nośnych w układach ciągłych i ramowych ze względu na stosunkowo małą nośność takiego przekroju bez pasa dolnego na przenoszenie sił ściskających, albo środnik żelbetowy ma pas dolny zespolony stalowo-żel betowy, co z kolei powoduje zużycie w tej strefie drogiego materiału jakim jest stali. W innym znanym rozwiązaniu dźwigary zespolone w strefie podporowej mają pas dolny i środnik stalowy, co powoduje jeszcze większe zużycie w tej strefie drogiego materiału, jakim jest stal.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie opisanych wyżej problemów.

Istotą wynalazku jest konstrukcja środnika w strefie przęsłowej, który w górnej części jest żelbetowy a w dolnej stalowy, przy czym zespolenie pomiędzy stalą a żelbetem usytuowane jest na środniku w obszarze osi obojętnej dźwigara. Istotą wynalazku jest również konstrukcja strefy podporowej, która jest żelbetowa oraz zaopatrzona jest w żelbetowy pas dolny, który jest istotnie szerszy od środnika żelbetowego.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem prefabrykowany dźwigar zespolony do budowy mostowych ustrojów niosących zawierający zespoloną strefę przęsłową stalowo-żelbetową z pasem górnym, środnikiem i pasem dolnym przechodzącą poprzez zespoloną strefę przejściową stalowo-żelbetową w strefę podporową z pasem górnym, środnikiem i pasem dolnym, przy czym w strefie przęsłowej pas górny jest żelbetowy natomiast pas dolny jest stalowy, charakteryzuje się tym, że pas górny, pas dolny oraz środnik strefy podporowej są żelbetowe przy czym pas dolny jest szerszy od środnika, a w strefie przęsłowej górna część środnika jest żelbetowa, natomiast dolna część środnika jest stalowa, przy czym proporcje wysokości pomiędzy częścią żelbetową a częścią stalową środnika strefy przęsłowej wynoszą od 1:9 do 9:1 a wspomniane części górna i dolna środnika strefy przęsłowej połączone są ze sobą w obszarze osi obojętnej dźwigara.

Korzystnie, pas dolny żelbetowej strefy podporowej połączony jest skosem ze środnikiem.

Korzystnie, pas górny żelbetowej strefy podporowej wewnątrz zbrojony jest teownikiem.

Korzystnie, pas dolny stalowy strefy przęsłowej zaopatrzony jest w nakładkę górną i/lub dolną ze stali.

Korzystnie, wysokość dźwigara jest stała na całej jego długości.

Korzystnie, wysokość dźwigara jest zmienna na całej jego długości.

Dźwigary według przedmiotowego wynalazku mogą być stosowane w różnych układach statycznych, mianowicie: wolnopodparte, ciągłe, ramowe oraz w dowolnych układach mieszanych.

Zastosowanie w strefie przęsłowej środnika, który w górnej części jest żelbetowy a w dolnej stalowy, skutkuje tym, że zespolenie pomiędzy stalą a żelbetem usytuowane jest na środniku w pobliżu warstwy obojętnej dźwigara, w której naprężenia rozciągające i ściskające znoszą się wzajemnie, co znacznie zwiększa wytrzymałość środnika.

Z kolei zastosowanie w żelbetowej strefie podporowej pasa dolnego żelbetowego, istotnie szerszego od środnika żelbetowego, pozwoliło na zmniejszenie grubości środnika do wartości minimalnej, wynikającej z wymiarowania ścinania.

Ponadto, w strefie przęsłowej wysokość części stalowej można dobrać tak, aby wpływ problemu utraty stateczności środnika był ograniczony lub nawet wyeliminowany, co umożliwia ograniczenie grubości środnika i optymalizację zużycia stali. Zespolenie pomiędzy stalą i żelbetem usytuowane blisko osi obojętnej dźwigara, zapewnia dużo lepsze warunki do pracy zespolenia i umożliwia łatwiejsze zapewnienie dopuszczalnego rozwarcia rys w betonie. Ponadto dzięki swobodzie w lokalizowaniu miejsca styku/zespolenia pomiędzy częścią stalową a żelbetową w strefie przęsłowej, daje możliwość optymalizacji dźwigara pod kątem ciężaru i zużycia materiałów w zależności od potrzeb i ograniczeń.

Natomiast, w strefie podporowej, zmniejszenie grubości środnika żelbetowego w związku z wykonaniem pasa dolnego żelbetowego, umożliwia ograniczenia ciężaru dźwigara w porównaniu do dźwigara żelbetowego bez pasa dolnego, a w odniesieniu do innych znanych rozwiązań tej strefy zawierających stal konstrukcyjną, poprzez jej eliminację umożliwia obniżenie kosztów wytworzenia dźwigara.

Rozwiązanie według przedmiotowego wynalazku, pozwala na swobodne projektowanie ustrojów nośnych w układach ciągłych i ramowych. Cały dźwigar zapewnia optymalne wykorzystanie materiałów i ich właściwości. Stal konstrukcyjna, jako materiał stosunkowo drogi zastosowana jest wyłącznie w strefie rozciąganej, gdzie wykorzystuje się dużą wytrzymałość stali na rozciąganie, natomiast w strefach ściskanych zastosowano dużo tańszy żelbet i jego dobre właściwości w przenoszeniu sił ściskających i ścinających.

Wynalazek przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia dźwigar w widoku z boku, fig. 2 - strefę podporową w przekroju poprzecznym, a fig. 3 - strefę przęsłową w przekroju poprzecznym.

Jak pokazano na fig. 1, prefabrykowany dźwigar zespolony do budowy mostowych ustrojów niosących ma zmienny przekrój na swojej długości i zawiera zespoloną stalowo-żelbetową strefę przęsłową 200 o przekroju poprzecznym dwuteowym przechodzącą poprzez zespoloną stalowo

-żelbetową strefę przejściową 300 (znaną na przykład z dokumentu patentowego PL227501 B1) w żelbetową strefę podporową 100 o przekroju poprzecznym dwuteowym. Strefa przęsłową 200 ma pas górny 201, który wykonany jest z żelbetu, pas dolny 204 wykonany ze stali konstrukcyjnej, a pomiędzy pasem górnym 201 a pasem dolnym 204 jest środnik 202, który zawiera górną część 202’ wykonaną z żelbetu oraz dolną część 202” wykonaną ze stali konstrukcyjnej, które to części połączone są ze sobą zespoleniem 203, (co pokazano na fig. 3), na przykład łącznikiem stalowym, znanym z dokumentu patentowego PL219664 B1. Proporcje wysokości pomiędzy częścią żelbetową 202’ środnika 202 strefy przęsłowej 200 a częścią stalową 202” wspomnianego środnika 202, wynoszą od 1:9 do 9:1, w zależności od potrzeb i ograniczeń. Strefa podporowa 100 wykonana jest z żelbetu i zawiera żelbetowy pas górny 103, żelbetowy pas dolny 101 pomiędzy którymi znajduje się żelbetowy środnik 102, przy czym żelbetowy pas dolny 101 połączony jest skosem 104 ze środnikiem 102 (co pokazano na fig. 2). Dodatkowo pas górny strefy podporowej (100) może być wewnątrz zbrojony teownikiem. Dodatkowo pas dolny 202 stalowy strefy przęsłowej 200 może być zaopatrzony w nakładkę górną 205 i/lub dolną 206, ze stali.

W jednym przykładzie wykonania wysokość dźwigara jest stała na całej jego długości, a w innym przykładzie wykonania wysokość dźwigara jest zmienna na całej jego długości.

Przykładowo, w strefie podporowej 100 żelbetowy pas górny 103 ma szerokość 1,2 m +/- 40 cm oraz zmienną grubość od 16 cm do 6 cm, żelbetowy środnik 102 ma grubość od 15 cm do 33 cm i wysokość dopasowaną do rozpiętości belki i wynikającą ze statyki obiektu, a żelbetowy pas dolny 101 ma szerokość od 30 cm do 60 cm i grubość od 10 cm do 25 cm i połączony jest skosem 104 ze środnikiem 102.

Przykładowo w strefie przęsłowej 200, żelbetowy pas górny 201 ma parametry jak dla pasa górnego 103 strefy podporowej 100, żelbetowa część górna 202’ środnika 202 strefy przęsłowej 200 ma grubość od 15 cm do 33 cm, a stalowa część dolna 202” wspomnianego środnika 202 ma grubość od 10 mm do 25 mm, natomiast stalowy pas dolny 204 wspomnianej strefy przęsłowej 200 ma grubość od 20 mm do 60 mm i szerokość od 300 mm do 600 mm, z ewentualnymi nakładkami stalowymi górną 205 i/lub dolną 206 o wymiarach wynikających z obliczeń statycznych.

Wykaz oznaczeń

100 - strefa podporowa

101 - pas dolny strefy podporowej

102 - środnik strefy podporowej

103 - pas górny strefy podporowej

104 - skos strefy podporowej

200 - strefa przęsłową

201 - pas górny strefy przęsłowej

202 - środnik strefy przęsłowej

202’ - część górna środnika strefy przęsłowej

202” - część dolna środnika strefy przęsłowej

203 - zespolenie części górnej z częścią dolną środnika strefy przęsłowej

204 - pas dolny strefy przęsłowej

205 - nakładka górna pasa dolnego strefy przęsłowej

206 - nakładka dolna pasa dolnego strefy przęsłowej

300 - strefa przejściowa

Claims (6)

1. Prefabrykowany dźwigar zespolony do budowy mostowych ustrojów niosących zawierający zespoloną strefę przęsłową stalowo-żelbetową z pasem górnym, środnikiem i pasem dolnym przechodzącą poprzez zespoloną strefę przejściową stalowo-żelbetową w strefę podporową z pasem górnym, środnikiem i pasem dolnym, przy czym w strefie przęsłowej pas górny jest żelbetowy natomiast pas dolny jest stalowy, znamienny tym, że pas górny (103), pas dolny (101) oraz środnik (102) strefy podporowej (100) są żelbetowe przy czym pas dolny (101) jest szerszy od środnika (102), a w strefie przęsłowej (200) górna część (202’) środnika (202) jest żelbetowa, natomiast dolna część (202”) środnika (202) jest stalowa, przy czym proporcje wysokości pomiędzy częścią żelbetową (202’) a częścią stalową (202”) środnika (202) strefy przęsłowej (200) wynoszą od 1:9 do 9:1 a wspomniane części górna (202’) i dolna (202”) środnika (202) strefy przęsłowej (200) połączone są ze sobą w obszarze osi obojętnej dźwigara.

2. Dźwigar według zastrz. 1, znamienny tym, że pas dolny (101) żelbetowej strefy podporowej (100) połączony jest skosem (104) ze środnikiem (102).

3. Dźwigar według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pas górny (103) żelbetowej strefy podporowej (100) wewnątrz zbrojony jest teownikiem.

4. Dźwigar według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pas dolny (204) stalowy strefy przęsłowej (200) zaopatrzony jest w nakładkę górną (205) i/lub dolną (206) ze stali.

5. Dźwigar według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że wysokość dźwigara jest stała na całej jego długości.

6. Dźwigar według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że wysokość dźwigara jest zmienna na całej jego długości.