Gli irrigidimenti sono piastre o sezioni secondarie che sono attaccate a nastri o flange per irrigidirle contro deformazioni fuori piano.

Quasi tutte le travi del ponte principale avranno rinforzi. Tuttavia, la maggior parte avrà solo rinforzi trasversali, cioè rinforzi verticali attaccati al web. Le travi profonde a volte hanno anche irrigidimenti longitudinali. I rinforzi della flangia possono essere utilizzati sui ponti della trave della scatola della grande portata ma è improbabile da incontrare altrove.

Le indicazioni sulla progettazione degli irrigidimenti sono riportate di seguito e nelle Note guida GN 2.04 e GN 2.05.

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Tipi di balestrino

Ci sono due tipi principali di balestrino:

• Longitudinale web rinforzi, allineati in direzione della campata
• irrigidimenti Trasversali, che sono allineati con la normale alla direzione della campata della trave.

• Types of stiffeners
• 

  Stiffeners on I-section girders

• 

  Stiffeners on box girders

• Irrigidimenti longitudinali e trasversali in una trave a cassone
  (Immagine gentilmente concessa da Atkins)

  Gli irrigidimenti trasversali sono generalmente forniti nelle posizioni dei cuscinetti e questi sono noti come irrigidimenti dei cuscinetti. Per la manutenzione futura è buona norma fornire i rinforzi del cuscinetto ai punti di sollevamento (per quando le travi devono essere sollevate ai cuscinetti liberi per la sostituzione). Altri rinforzi trasversali sono chiamati rinforzi trasversali intermedi.

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  Irrigidimenti trasversali
  (Immagine gentilmente concessa da Arup)

  
  

  Le travi a cassone hanno solitamente diaframmi nelle posizioni di supporti invece di rinforzi. Questi sono solitamente piatti solidi attraverso l’interno della scatola.

  Sezioni di rinforzo

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  Sezioni di rinforzo

  Una varietà di sezioni sono state storicamente utilizzate come rinforzi, tuttavia il semplice rinforzo piatto è il tipo quasi sempre utilizzato nei disegni moderni. Gli irrigidimenti possono essere fissati su un lato della piastra (single sided) o su entrambi i lati (double sided). Di solito gli irrigidimenti dei cuscinetti sono a doppia faccia, mentre gli irrigidimenti intermedi sono a un solo lato. Gli irrigidimenti possono anche essere raddoppiati, o addirittura triplicati, per formare irrigidimenti multi-gamba.

  A cosa servono gli irrigidimenti?

  i Rinforzi hanno una o entrambe le seguenti funzioni:

  • Controllare l’instabilità locale
  • Collegamento di rinforzo o travi trasversali

  il Controllo di instabilità locale

  l’instabilità Locale si verifica quando una sezione è sottile abbastanza per l’instabilità si verificano all’interno della sezione, in parte dovuta alla compressione o taglio. I nastri delle travi del ponte sono solitamente vulnerabili all’instabilità locale, ma le flange sono solitamente molto più spesse e intrinsecamente più resistenti all’instabilità.

  L’instabilità locale può verificarsi a causa di un carico di compressione trasversale, ad esempio un nastro sottoposto a una reazione del cuscinetto, carico di compressione longitudinale, ad esempio dalla flessione o dal taglio.

  In tutti i casi l’aggiunta di un rinforzo relativamente piccolo a una piastra sottile può aumentare sostanzialmente la resistenza all’instabilità locale.

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  Motivi per irrigidimenti trasversali

  
  

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  Motivi per irrigidimenti longitudinali

  
  

  Collegamento di rinforzo o travi trasversali

  Il modo più semplice per brace travi di acciaio insieme è fissando il rinforzo di irrigidimenti trasversali. Quindi le posizioni di rinforzo coincidono quasi sempre con le posizioni di rinforzo.

  In un ponte a scala i nastri delle travi trasversali possono essere collegati direttamente agli irrigidimenti del fascio principale, quindi la spaziatura del rinforzo corrisponde alla spaziatura del fascio trasversale. In un ponte multi-trave con rinforzo trasversale i membri di rinforzo sono solitamente collegati agli irrigidimenti del fascio principale, in modo che la spaziatura del rinforzo sia la stessa della spaziatura del rinforzo.

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  Esempi di rinforzi di collegamento rinforzo

  
  

  la Progettazione di rinforzi per l’instabilità locale

  Ci sono due fasi nella progettazione dei rinforzi. In primo luogo la progettazione deve identificare dove gli irrigidimenti sono necessari affinchè i fasci principali siano adeguati. Quindi gli irrigidimenti stessi devono essere progettati.

  Rinforzi per cuscinetti

  EN 1993-1-5, clausola 5.1 (2) fornisce un criterio per quando i rinforzi per cuscinetti sono obbligatori. La maggior parte delle travi del ponte richiederà rinforzi del cuscinetto secondo questo criterio. Anche se gli irrigidimenti dei cuscinetti non sono richiesti da questa clausola, possono comunque essere forniti se lo si desidera-ciò può beneficiare della resistenza al taglio calcolata dalla norma EN 1993-1-5, punto 5.3.

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  Terminali

  Ai supporti terminali, se devono essere forniti rinforzi per i cuscinetti, è necessario decidere se fornire un “terminale rigido”, come indicato nella norma EN 1993-1-5, Figure 5.1 e 9.6. Un montante rigido beneficerà della resistenza al taglio calcolata dalla norma EN 1993-1-5, punto 5.3. Sebbene le travi rivettate più vecchie nel Regno Unito possano avere un dettaglio finale rigido, la pratica più recente del Regno Unito non è stata quella di fornire montanti rigidi, ma di fornire un “montante non rigido”. Se è richiesto un montante rigido, i requisiti minimi di rinforzo sono indicati nel punto 9.3.1 della norma EN 1993-1-5.

  Dopo aver deciso che devono essere forniti rinforzi per cuscinetti, per verificare la progettazione di rinforzi per cuscinetti, determinare la sezione di rinforzo efficace in conformità alla norma EN 1993-1-5, punto 9.1 (2). Si noti che gli irrigidimenti multi-gamba devono essere suddivisi in sezioni trasversali efficaci separate e i carichi divisi tra di loro. Le indicazioni sulla progettazione degli irrigidimenti dei cuscinetti sono fornite al punto 8.3.2 del SIC P356.

  I carichi da considerare per la progettazione degli irrigidimenti dei cuscinetti sono indicati nella clausola PD 6695-2 16. La maggior parte del carico sul rinforzo sarà il carico verticale dalla reazione del cuscinetto. Ci sarà un carico orizzontale da considerare per resistere alle forze FS come indicato nella clausola PD 6695-2 10, potrebbe anche esserci un carico orizzontale dal cuscinetto se è fisso. Questi carichi possono generare momenti flettenti nella sezione di rinforzo.

  Dopo aver determinato il carico, verificare la dimensione del rinforzo scelta verificando l’adeguatezza della sezione di rinforzo efficace a fungere da colonna per carico assiale combinato e momento flettente come richiesto dalla EN 1993-1-5 clausola 9.4.

  Rinforzi trasversali intermedi del nastro

  Di solito è necessario fornire rinforzi intermedi sui nastri del fascio principale allo scopo pratico di collegare il rinforzo torsionale tra le travi. In tal caso, le posizioni di rinforzo scelte determineranno le posizioni di almeno alcuni degli irrigidimenti. Tuttavia, per le travi senza rinforzo, come le travi trasversali in un ponte a scala, o se viene utilizzato il rinforzo del piano, potrebbe non esserci alcuna necessità pratica per gli irrigidimenti intermedi. Il requisito per gli irrigidimenti trasversali intermedi è determinato dalla verifica della resistenza al taglio-questo indicherà dove sono necessari irrigidimenti e dove sono necessari irrigidimenti extra a quelli per il rinforzo.

  La verifica della resistenza al taglio della trave viene effettuata in conformità alla norma EN 1993-1-5, punto 5.2 (1) e 5.3 (1). Si noti che il contributo di resistenza del nastro derivante dalla norma EN 1993-1-5 clausola 5.3 (3) e EN 1993-1-5 Allegato A. 3 è funzione dell’esistenza e della spaziatura degli irrigidimenti intermedi e se tali irrigidimenti intermedi sono classificati come rigidi. Come primo passo nella progettazione, si suggerisce che inizialmente si presume che non ci siano irrigidimenti intermedi; se questo dimostra che il raggio è adeguato nel taglio, il vantaggio di eventuali rinforzi intermedi per il fissaggio del rinforzo sarà un vantaggio.

  Se la procedura di cui sopra determina che sono necessari irrigidimenti intermedi, il progettista dovrà scegliere le posizioni e la spaziatura di questi irrigidimenti e decidere se devono essere rigidi. La verifica della dimensione del rinforzo è simile a quella dei rinforzi per cuscinetti, a partire dalla determinazione della sezione effettiva del rinforzo in conformità alla norma EN 1993-1-5, punto 9.1 (2). Per verificare se il rinforzo è rigido, verificare che sia soddisfatto il requisito di cui alla norma EN 1993-1-5, punto 9.3.3 (3).

  I carichi da considerare per la progettazione degli irrigidimenti dei cuscinetti sono indicati nella clausola PD 6695-2 15. I carichi sugli irrigidimenti intermedi sono solitamente molto inferiori rispetto agli irrigidimenti portanti, ma gli irrigidimenti possono essere ancora soggetti a forze e momenti dovuti all’interazione con travi trasversali o rinforzi. Ad esempio, in un ponte a scala, il taglio nelle travi trasversali causerà una forza assiale nel rinforzo del fascio principale. Ci può anche essere carico orizzontale da considerare dal rinforzo che può generare momenti flettenti nella sezione del rinforzo. Dopo aver determinato il carico, verificare la dimensione del rinforzo scelto verificando l’adeguatezza della sezione di rinforzo efficace a fungere da colonna per la forza assiale combinata e il momento flettente (se presente) come richiesto dalla EN 1993-1-5 clausola 9.4.

  Se non vi è alcun carico diretto sul rinforzo da uno dei suddetti elementi, è sufficiente assicurarsi che la sezione del rinforzo efficace soddisfi il criterio di rigidità di cui alla norma EN 1993-1-5, punto 9.2.1 (5). Ulteriori indicazioni sulla progettazione degli irrigidimenti intermedi sono fornite al punto 8.3.1 del SIC P356.

  Irrigidimenti longitudinali

  Come notato prima, la maggior parte dei ponti non ha irrigidimenti longitudinali. Gli irrigidimenti longitudinali non devono essere necessari su nessuna parte di una sezione che non è mai in compressione né su nessuna parte della sezione classificata come classe 1, 2 o 3 conformemente alla norma EN 1993-1-1, punto 5.2.2 (8). Anche se la parte della sezione è classificata come classe 4, gli irrigidimenti longitudinali possono ancora non essere richiesti. Per determinare se le travi hanno sufficiente resistenza alla flessione senza irrigidimenti longitudinali, la procedura è quella di seguire EN 1993-1-5 clausola 4.4. Per determinare se sono necessari irrigidimenti longitudinali sul nastro per conferire alle travi principali una resistenza al taglio sufficiente, la procedura è come per gli irrigidimenti intermedi, vale a dire per verificare la resistenza al taglio della trave ai punti 5.2(1) e 5.3(1) della norma EN 1993-1-5.

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  Continuo e discontinuo irrigidimenti longitudinali

  
  

  Se esistono, irrigidimenti longitudinali possono essere di tipo continuo o discontinuo, a seconda se sono in continuo attraverso irrigidimenti trasversali e diaframmi. I rinforzi longitudinali discontinui si fermano e ricominciano da entrambi i lati del rinforzo trasversale in modo che non raccolgano le sollecitazioni longitudinali globali dal nastro o dalla flangia a cui sono attaccati. Sono lì semplicemente per resistere alla deformazione al web o alla flangia. Gli irrigidimenti longitudinali continui, tuttavia, raccolgono le sollecitazioni globali e aggiungono alla sezione trasversale.

  Se devono essere forniti rinforzi longitudinali, essi devono essere verificati verificando l’adeguatezza della sezione di rinforzo efficace a fungere da colonna come richiesto dalla norma EN 1993-1-5, punto 9.2.2 (3).

  Stiffener detailing

  Bearing stiffeners

  Nei cuscinetti, gli stiffeners di solito devono essere abbastanza consistenti per resistere alle elevate forze di compressione e possono eventualmente essere stiffeners multi-leg. Di solito è necessario un rinforzo a doppia faccia per evitare un’elevata eccentricità di carico. Gli irrigidimenti dei cuscinetti sono solitamente più spessi del nastro.

  È importante assicurarsi che il rinforzo sia “montato” sulla flangia inferiore, il che significa che il rinforzo è rettificato per un buon contatto con la flangia. Ciò significa che la quota del rinforzo della forza assiale nella sezione del rinforzo efficace può essere trasmessa attraverso il contatto diretto tra la flangia e il rinforzo. Un modo semplice per determinare la quota del rinforzo della forza assiale è calcolare lo stress al suo centroide, tenendo conto dell’eccentricità della forza assiale sulla sezione efficace, e quindi moltiplicare questo stress per l’area del rinforzo.

  Le saldature sono quasi sempre saldature di raccordo continue su entrambi i lati del rinforzo. Una saldatura semplice di lunghezza della gamba di 6mm può essere adeguata ma spesso può dovere essere 8mm o 10mm. La saldatura deve essere graduata in modo da potere trasmettere la parte del rinforzo del carico del cuscinetto nel web.

  Irrigidimenti intermedi

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  Irrigidimento allargato per lasciare spazio alle connessioni

  Per irrigidimenti trasversali intermedi, l’irrigidimento probabilmente non ha bisogno di essere molto grande. Tipicamente una piastra da 150x15mm su un solo lato ha una resistenza e una rigidità adeguate. A volte la dimensione del rinforzo dovrà essere aumentata per ospitare le connessioni. Questo può essere fatto aumentando la dimensione della piastra a 200x20mm o forse 250x 5mm. In alternativa, la larghezza del rinforzo può essere aumentata localmente per fornire un’area di connessione, come mostrato.

  Tradizionalmente il rapporto larghezza / spessore del rinforzo è stato limitato a non più di 10 per evitare l’instabilità locale. Tuttavia, gli eurocodici non hanno restrizioni su questo rapporto e sono consentiti irrigidimenti più sottili, anche se potrebbe essere necessario verificare che non siano a rischio di instabilità locale. Non importa se il rinforzo è più spesso del web, quindi si raccomandano irrigidimenti generalmente più spessi.

  Per dare un aspetto pulito al ponte, è normale progettare le travi esterne in modo tale che gli irrigidimenti trasversali intermedi siano sulla faccia interna del nastro e quindi non visibili sull’elevazione.

  A meno che non vi sia una forza assiale sostanziale sul rinforzo, un semplice dettaglio di saldatura come una saldatura a filetto continua di lunghezza della gamba di 6 mm su entrambi i lati del rinforzo dovrebbe essere sufficientemente resistente e durevole.

  Ulteriori indicazioni sul collegamento del rinforzo sono fornite nella Nota di orientamento 2.03.

  Connessioni alla flangia

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  Irrigidimento alla flangia connessioni

  Gli irrigidimenti trasversali a nastro sono talvolta saldati alla flangia, e talvolta si fermano solo a corto di una o entrambe le flange.

  La necessità di un collegamento a una flangia dipende dal fatto che le forze debbano essere trasferite alle flange. Se c’è una forza assiale significativa da trasferire al rinforzo da una delle flange sarà necessario saldare il rinforzo a quella flangia. Quindi i rinforzi del cuscinetto devono essere collegati alla flangia inferiore se una parte della reazione del cuscinetto deve essere trasferita al rinforzo. Se è presente un rinforzo collegato al rinforzo, è probabile che sia necessario saldare il rinforzo alla flangia di compressione per trasferire la forza di taglio laterale. Una connessione alla flangia superiore impedisce anche un problema di affaticamento nella flangia superiore alla saldatura a nastro mentre il ponte tenta di ruotare sulla trave a causa dei carichi di traffico. Il vantaggio di fermare il rinforzo corto della flangia è che evita una potenziale trappola d’acqua sulla superficie superiore della flangia inferiore. Ciò è particolarmente importante da evitare sui ponti d’acciaio d’invecchiamento.

  Quando un rinforzo deve essere saldato ad una flangia, le tolleranze di costruzione normali comporterebbero un piccolo spazio tra il rinforzo e la flangia, a meno che il rinforzo non sia montato; tutte le forze saranno quindi trasferite attraverso le saldature. Tuttavia, se un rinforzo è montato sulla flangia, il costruttore macinerà l’estremità del rinforzo in modo da adattarsi perfettamente alla flangia su una parte sostanziale dell’area del rinforzo. Questo esercizio richiede lavoro aggiuntivo (e costi), quindi gli irrigidimenti dovrebbero essere montati solo quando necessario, ad esempio per gli irrigidimenti dei cuscinetti e per gli irrigidimenti a un cambio di direzione della flangia. Inoltre, non è praticamente possibile montare un rinforzo su entrambe le flange, quindi l’estremità montata sarà all’estremità in cui deve essere trasmessa la massima forza, di solito la flangia inferiore.

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  Balestrino per le connessioni a flangia

  
  

  far Fronte fori

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  Snipe e di fronteggiare il buco dettagli

  In un angolo di un trasversale web balestrino dove il stiffener incontra il web per flangia di saldatura, sarà necessario modellare il rinforzo per evitare la saldatura. Ci sono due opzioni, o snipe il rinforzo per soddisfare il web per flangia di saldatura e saldare tutte le interfacce, o fornire un foro far fronte. Sebbene la prima opzione richieda la saldatura di una saldatura su un’altra, questo dettaglio può essere più facile da fabbricare rispetto alla seconda, perché è difficile completare in modo soddisfacente le saldature continue attorno ai fori e applicare la vernice su tutte le superfici.

  1. 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 BS EN 1993-1-5: 2006 + A2: 2019. Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio. Elementi strutturali placcati. BSI
  2. 2.0 2.1 2.2 PD 6695-2:2008+A1:2012 Raccomandazioni per la progettazione di ponti a BS EN 1993. BSI
  3. BS EN 1993-1-1: 2005 + A1:2014, Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio. Regole generali e regole per gli edifici, BSI

  Risorse

  • Iles, DC (2010) Composite highway bridge design. (P356 compreso corrigendum, 2014). SCI
  • Hendy, CR; Iles, DC (2015) Steel Bridge Group: Note orientative sulle migliori pratiche nella costruzione di ponti in acciaio (numero 6). (P185). SCI
    • Nota di orientamento 2.03 Collegamenti di rinforzo e traverse
    • Nota di orientamento 2.04 Rinforzi per cuscinetti
    • Nota di orientamento 2.05 trasversali Intermedi web irrigidimenti

  Vedi anche

  • Multi-trave ponti in composito
  • Scala ponte ponti in composito
  • trave a Scatola ponti
  • agli agenti Atmosferici in acciaio
  • Ponti – progettazione iniziale
  • Progettazione di travi in ponti in composito
  • Fatica progettazione di ponti
  • sistemi di Controventatura
  • Collegamenti in ponti
  • Ponte di articolazione e cuscinetto specifica
  • Design per ponte d’acciaio di costruzione
  • Autostrade Inghilterra DMRB (Manuale di Progettazione per la costruzione di Strade e Ponti)
  • Autostrade Inghilterra MCDHW (Manual of Contract Documents for Highway Works)
  • The Steel Bridge Group (SBG)