usztywniacze są płytami drugorzędnymi lub sekcjami, które są przymocowane do taśm lub kołnierzy Belek w celu usztywnienia ich przed odkształceniami płaszczyznowymi.

prawie wszystkie główne belki mostowe będą miały usztywnienia. Jednak większość będzie miała tylko poprzeczne usztywnienia wstęgi, tj. pionowe usztywnienia przymocowane do wstęgi. Belki Głębokie czasami mają również podłużne usztywnienia wstęgi. Usztywnienia kołnierzowe mogą być stosowane na mostach dźwigarowych o dużej rozpiętości, ale jest mało prawdopodobne, aby można je było spotkać w innym miejscu.

Wskazówki dotyczące konstrukcji usztywnień podano poniżej oraz w wytycznych GN 2.04 i GN 2.05.

Stiffeners.jpg

rodzaje usztywniaczy

istnieją dwa główne typy usztywniaczy:

• podłużne usztywniacze wstęg, które są wyrównane w kierunku rozpiętości
• poprzeczne usztywniacze, które są wyrównane normalnie do kierunku rozpiętości belki.

• Types of stiffeners
• 

  Stiffeners on I-section girders

• 

  Stiffeners on box girders

• 

  usztywnienia wzdłużne i poprzeczne w dźwigarze skrzynkowym
  (Zdjęcie dzięki uprzejmości Atkinsa)

poprzeczne usztywnienia wstęgowe są zwykle dostarczane w pozycjach łożyska i są znane jako usztywnienia łożyskowe. W przypadku przyszłej konserwacji dobrą praktyką jest zapewnienie usztywnień łożysk w punktach przeciskowych (w przypadku, gdy dźwigary muszą być podniesione do wolnych łożysk w celu wymiany). Inne usztywnienia poprzeczne nazywane są pośrednimi usztywnieniami poprzecznymi.

R19 Fig4.png

dźwigary skrzynkowe zwykle mają membrany w pozycjach podpór zamiast usztywnień. Są to zwykle solidne płyty po wewnętrznej stronie pudełka.

sekcje usztywniające

R19 Fig5.PNG

różne sekcje były historycznie stosowane jako usztywnienia, jednak proste płaskie usztywnienie jest typem prawie zawsze stosowanym w nowoczesnych konstrukcjach. Usztywnienia mogą być mocowane po jednej stronie płyty (jednostronnie) lub po obu stronach (dwustronnie). Zwykle usztywnienia łożysk są dwustronne, podczas gdy pośrednie usztywnienia wstęg są jednostronne. Usztywnienia można również podwoić, a nawet potroić, tworząc usztywnienia wielonożne.

do czego służą usztywniacze?

usztywnienia mają jedną lub obie z następujących funkcji:

• kontrolowanie lokalnego wyboczenia
• łączenie usztywnień lub belek poprzecznych

kontrolowanie lokalnego wyboczenia

lokalne wyboczenie występuje, gdy przekrój jest na tyle smukły, że wyboczenie występuje w przekroju poprzecznym, ze względu na ściskanie lub ścinanie. Wstęgi belek mostowych są zwykle podatne na miejscowe wyboczenie, ale kołnierze są zwykle znacznie grubsze i z natury bardziej odporne na wyboczenie.

lokalne wyboczenie może wystąpić z powodu poprzecznego obciążenia ściskającego, np. wstęgi poddanej reakcji łożyska, wzdłużnego obciążenia ściskającego, np. od zginania lub od ścinania.

we wszystkich przypadkach dodanie stosunkowo małego usztywnienia do smukłej płyty może znacznie zwiększyć odporność na miejscowe wyboczenie.

R19 Fig6.PNG

R19 Fig7.png

łączenie usztywnień lub belek poprzecznych

najprostszym sposobem łączenia belek stalowych ze sobą jest mocowanie usztywnień poprzecznych. W ten sposób pozycje usztywniające prawie zawsze pokrywają się z pozycjami usztywniającymi.

W Pokładzie drabinkowym wstęgi belek poprzecznych można łączyć bezpośrednio z usztywniaczami belek głównych, dzięki czemu rozstaw usztywnień pasuje do poprzecznych rozstawów belek. W mostku wielodźwigarowym z poprzecznym usztywnieniem elementy usztywniające są zwykle połączone z usztywniaczami belki głównej, dzięki czemu rozstaw usztywnień jest taki sam jak rozstaw usztywnień.

R19 Fig8.PNG

projektowanie usztywnień do lokalnego wyboczenia

dwa etapy projektowania usztywnień. Najpierw projekt musi określić, gdzie potrzebne są usztywnienia, aby belki główne były odpowiednie. Następnie należy zaprojektować same usztywnienia.

usztywnienia łożysk

EN 1993-1-5, klauzula 5.1 (2) podaje kryterium, kiedy usztywnienia łożysk są obowiązkowe. Większość belek mostowych wymaga usztywnień łożysk zgodnie z tym kryterium. Nawet jeśli usztywnienia łożysk nie są wymagane przez niniejszą klauzulę, mogą one być nadal dostarczane w razie potrzeby – może to korzystnie wpłynąć na odporność na ścinanie obliczoną zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 5.3.

R19 Fig9.PNG

na wspornikach końcowych, jeśli mają być zapewnione usztywnienia łożysk, należy podjąć decyzję, czy należy zapewnić „sztywny słupek końcowy”, jak pokazano w EN 1993-1-5, dane liczbowe 5.1 i 9.6. Sztywny słupek końcowy będzie korzystny dla odporności na ścinanie obliczonej zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 5.3. Chociaż starsze nitowane dźwigary w Wielkiej Brytanii mogą mieć sztywny koniec słupka końcowego, nowsza praktyka w Wielkiej Brytanii nie polegała na zapewnieniu sztywnych słupków końcowych, ale na zapewnieniu „nie-sztywnego słupka końcowego”. Jeśli wymagany jest sztywny słupek końcowy, minimalne wymagania dotyczące usztywnienia podano w EN 1993-1-5, pkt 9.3.1.

Po podjęciu decyzji o dostarczeniu usztywnień łożysk, aby zweryfikować konstrukcję usztywnień łożysk, określ efektywny przekrój usztywnienia zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 9.1 (2). Należy pamiętać, że usztywnienia wielonożne muszą być podzielone na oddzielne przekrój efektywny, a obciążenia podzielone między nimi. Wytyczne dotyczące konstrukcji usztywnień łożysk podano w sekcji 8.3.2 tzw P356.

obciążenia, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu usztywnień łożysk, podano w PD 6695-2, pkt 16. Większość obciążenia na usztywniaczu będzie obciążeniem pionowym z reakcji łożyska. Należy rozważyć obciążenie poziome, aby oprzeć się siłom FS, jak podano w pd 6695-2, pkt 10, może również wystąpić obciążenie poziome łożyska, jeśli jest ono zamocowane. Obciążenia te mogą generować momenty zginające w sekcji usztywniacza.

Po ustaleniu obciążenia należy zweryfikować wybrany rozmiar usztywnienia, sprawdzając, czy efektywna sekcja usztywnienia działa jak kolumna dla łącznego obciążenia osiowego i momentu zginającego, zgodnie z wymaganiami normy EN 1993-1-5, pkt 9.4.

pośrednie usztywnienia poprzeczne

zwykle konieczne jest zapewnienie pośrednich usztywnień na taśmach belek Głównych w celu praktycznego łączenia usztywnień skrętnych między belkami. Jeśli tak, wybrane pozycje usztywnień będą określać pozycje przynajmniej niektórych usztywnień. Jednakże w przypadku belek bez usztywnień, takich jak dźwigary poprzeczne w pomoście drabinkowym lub w przypadku stosowania usztywnień planowych, może nie być praktycznej potrzeby stosowania usztywnień pośrednich. Wymagania dotyczące pośrednich usztywnień poprzecznych określa się poprzez weryfikację odporności na ścinanie-to wskaże, gdzie potrzebne są usztywnienia i gdzie potrzebne są usztywnienia dodatkowe do usztywnień.

weryfikację odporności na ścinanie wiązki przeprowadza się zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 5.2 (1) i 5.3 (1). Należy zauważyć, że udział wytrzymałości taśmy, który pochodzi z EN 1993-1-5, pkt 5.3 (3) i EN 1993-1-5, Załącznik A. 3, zależy od istnienia i rozstawu usztywnień pośrednich oraz od tego, czy usztywnienia pośrednie są klasyfikowane jako sztywne. Jako pierwszy krok w projektowaniu sugeruje się, że początkowo zakłada się, że nie ma pośrednich usztywnień w ogóle; jeśli okaże się, że belka jest odpowiednia w ścinaniu, korzyść z pośrednich usztywnień do mocowania usztywnień będzie dodatkowym atutem.

jeśli powyższa procedura określa, że wymagane są usztywnienia pośrednie, projektant będzie musiał wybrać pozycje i odstępy tych usztywnień i zdecydować, czy muszą być sztywne. Weryfikacja wielkości usztywnienia jest podobna do tej W przypadku usztywnień łożyskowych, począwszy od określenia efektywnego przekroju usztywnienia zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 9.1 (2). Aby sprawdzić, czy usztywnienie jest sztywne, należy sprawdzić, czy spełniony jest wymóg normy EN 1993-1-5, pkt 9.3.3 (3).

obciążenia, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu usztywnień łożysk, podano w PD 6695-2, pkt 15. Obciążenia na usztywniaczach pośrednich są zwykle znacznie mniejsze niż w przypadku usztywniaczy łożyskowych, ale usztywniacze mogą nadal podlegać siłom i momentom z powodu interakcji z poprzecznymi belkami lub usztywnieniami. Na przykład w pomoście drabinkowym ścinanie belek poprzecznych spowoduje siłę osiową w usztywniaczu belki głównej. Możliwe jest również obciążenie poziome do rozważenia z usztywnienia, które może generować momenty zginające w sekcji usztywniacza. Po określeniu obciążenia należy zweryfikować wybrany rozmiar usztywnienia, sprawdzając, czy efektywna część usztywnienia działa jak kolumna dla połączonej siły osiowej i momentu zginającego (jeśli występuje), zgodnie z wymaganiami normy EN 1993-1-5, pkt 9.4.

Jeśli nie ma bezpośredniego obciążenia usztywniacza z któregokolwiek z powyższych, konieczne jest jedynie zapewnienie, że efektywna część usztywniacza spełnia kryterium sztywności podane w EN 1993-1-5, pkt 9.2.1 (5). Dalsze wskazówki dotyczące projektowania pośrednich usztywnień podano w sekcji 8.3.1 tzw P356.

usztywnienia wzdłużne

jak wspomniano wcześniej, większość mostów nie ma usztywnień wzdłużnych. Usztywnienia wzdłużne nie powinny być konieczne w żadnej części sekcji, która nigdy nie jest ściskana, ani w żadnej części sekcji sklasyfikowanej jako klasa 1, 2 lub 3 zgodnie z normą EN 1993-1-1, pkt 5.2.2 (8). Nawet jeśli część przekroju jest sklasyfikowana jako klasa 4, usztywnienia wzdłużne mogą nadal nie być wymagane. Aby określić, czy belki mają wystarczającą wytrzymałość na zginanie bez usztywnień wzdłużnych, należy postępować zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 4.4. W celu określenia, czy konieczne są usztywnienia wzdłużne na wstędze, aby zapewnić belkom głównym wystarczającą wytrzymałość na ścinanie, procedura jest taka jak w przypadku usztywnień pośrednich, tj. w celu sprawdzenia odporności na ścinanie belki zgodnie z normą EN 1993-1-5, pkt 5.2(1) i 5.3(1).

R19 Fig10.PNG

Jeśli istnieją, usztywnienia wzdłużne mogą być ciągłe lub nieciągłe, w zależności od czy są one ciągłe przez poprzeczne usztywnienia i membrany. Nieciągłe usztywniacze wzdłużne zatrzymują się i uruchamiają ponownie po obu stronach usztywniacza poprzecznego, tak aby nie odbierały globalnych naprężeń wzdłużnych ze wstęgi lub kołnierza, do którego są przymocowane. Są tam po prostu odporne na wyboczenie do sieci lub kołnierza. Ciągłe usztywnienia wzdłużne jednak odbierają globalne naprężenia i dodają do przekroju.

Jeśli mają być zapewnione usztywnienia wzdłużne, należy je zweryfikować poprzez sprawdzenie, czy efektywna sekcja usztywnienia działa jak Kolumna, zgodnie z wymaganiami normy EN 1993-1-5, pkt 9.2.2 (3).

usztywnienie detali

usztywnienia łożysk

w przypadku łożysk usztywnienia zwykle muszą być dość znaczne, aby wytrzymać wysokie siły ściskające i mogą być usztywniaczami wielonożnymi. Zwykle wymagane jest dwustronne usztywnienie, aby uniknąć wysokiego mimośrodu obciążenia. Usztywnienia łożysk są zwykle grubsze niż Wstęga.

ważne jest, aby upewnić się, że usztywnienie jest „dopasowane” do dolnego kołnierza, co oznacza, że usztywnienie jest szlifowane, aby uzyskać dobry kontakt z kołnierzem. Oznacza to, że udział siły osiowej usztywniacza w efektywnym przekroju usztywniacza może być przenoszony przez bezpośredni kontakt między kołnierzem a usztywniaczem. Prostym sposobem określenia udziału siły osiowej usztywniacza jest obliczenie naprężenia w jego centrum, z uwzględnieniem mimośrodowości siły osiowej na odcinku efektywnym, a następnie pomnożenie tego naprężenia przez powierzchnię usztywniacza.

spoiny są prawie zawsze ciągłymi spoinami pachwinowymi po obu stronach usztywniacza. Prosta spoina o długości 6 mm może być odpowiednia, ale często może wynosić 8 mm lub 10 mm. spoina musi być tak dobrana, aby mogła przenosić udział usztywniacza w obciążeniu łożyska do wstęgi.

usztywniacze pośrednie

R19 Fig11.PNG

w przypadku pośrednich usztywniaczy poprzecznych usztywniacz prawdopodobnie nie musi być bardzo duży. Zazwyczaj jednostronna Płyta 150x15mm ma odpowiednią wytrzymałość i sztywność. Czasami rozmiar usztywniacza będzie musiał zostać zwiększony, aby pomieścić połączenia. Można to zrobić, zwiększając rozmiar płyty do 200x20mm lub może 250x 5mm. Alternatywnie, szerokość usztywniacza można lokalnie zwiększyć, aby zapewnić obszar połączenia, jak pokazano na rysunku.

tradycyjnie stosunek szerokości usztywnienia do grubości został ograniczony do nie więcej niż 10, aby uniknąć lokalnego wyboczenia. Eurokody nie mają jednak żadnych ograniczeń co do tego współczynnika i dozwolone są bardziej smukłe usztywnienia, chociaż może być konieczne sprawdzenie, czy nie będą one zagrożone z powodu lokalnego wyboczenia. Nie ma znaczenia, czy usztywnienie jest GRUBSZE niż Wstęga, więc generalnie zaleca się grubsze usztywnienia.

aby nadać mostowi czysty wygląd, normalne jest zaprojektowanie belek zewnętrznych w taki sposób, aby pośrednie usztywnienia poprzeczne znajdowały się na wewnętrznej stronie sieci, a zatem nie były widoczne na elewacji.

o ile nie ma znacznej siły osiowej na usztywniaczu, prosty szczegół spoiny, taki jak ciągła spoina pachwinowa o długości 6 mm po obu stronach usztywniacza, powinien być wystarczająco mocny i trwały.

Dalsze wskazówki dotyczące połączenia usztywnienia podano w wytycznych 2.03.

połączenia z kołnierzem

R19 Fig12.PNG

poprzeczne usztywnienia wstęg są czasami przyspawane do kołnierza, a czasami zatrzymywane tylko w pobliżu jednego lub obu kołnierzy.

konieczność połączenia z kołnierzem zależy od tego, czy siły muszą zostać przeniesione na kołnierze. Jeśli istnieje znaczna siła osiowa, która ma zostać przeniesiona na usztywniacz z jednego z kołnierzy, konieczne będzie spawanie usztywniacza do tego kołnierza. W związku z tym usztywnienia łożysk muszą być połączone z dolnym kołnierzem, jeśli część reakcji łożyska ma zostać przeniesiona na usztywnienie. Jeśli usztywnienie jest połączone z usztywniaczem, prawdopodobnie konieczne jest spawanie usztywniacza do kołnierza ściskającego w celu przeniesienia bocznej siły ścinającej. Połączenie z górnym kołnierzem zapobiega również problemowi zmęczenia w górnym kołnierzu do spawania wstęgowego, ponieważ pokład próbuje obracać się nad belką z powodu obciążenia ruchem. Zaletą zatrzymania usztywniacza w pobliżu kołnierza jest to, że unika on potencjalnej pułapki wody na górnej powierzchni dolnego kołnierza. Jest to szczególnie ważne, aby uniknąć na wietrzenie stalowych mostów.

W przypadku, gdy usztywnienie ma być przyspawane do kołnierza, normalne tolerancje konstrukcyjne spowodowałyby małą szczelinę między usztywnieniem a kołnierzem, chyba że usztywnienie jest zamontowane; wszystkie siły będą zatem przenoszone przez spoiny. Jeśli jednak usztywniacz jest przymocowany do kołnierza, wytwórca zmieli koniec usztywniacza, aby dobrze dopasować się do kołnierza na znacznej części obszaru usztywniacza. To ćwiczenie wymaga dodatkowej pracy (i kosztów), więc usztywnienia powinny być montowane tylko wtedy, gdy jest to konieczne, np. do usztywnień łożysk i usztywnień przy zmianie kierunku kołnierza. Ponadto praktycznie nie jest możliwe zamontowanie usztywnienia do obu kołnierzy, więc dopasowany koniec będzie na końcu, na którym ma być przenoszona największa siła, zwykle dolny kołnierz.

R19 Fig13.PNG

R19 Fig14.PNG

szczegóły otworu Snipe i cope

w rogu poprzecznego usztywnienia wstęgi, gdzie płyta usztywniająca styka się ze wstęgą do spawania kołnierzowego, konieczne będzie ukształtowanie usztywnienia, aby uniknąć spawania. Istnieją dwie opcje, albo przeciągnij usztywniacz, aby dopasować go do wstęgi, aby spawać kołnierze i spawać wszystkie interfejsy,albo zapewnij otwór na uchwyt. Chociaż pierwsza opcja wymaga spawania jednej spoiny na drugiej, ten szczegół może być łatwiejszy do wytworzenia niż drugi, ponieważ trudno jest w zadowalający sposób wykonać ciągłe spoiny wokół otworów i nałożyć farbę na wszystkie powierzchnie.

zasoby

• Iles, D. C. (2010) Composite highway bridge design. (P356 wraz z sprostowaniem, 2014). Sci
• Hendy, C. R.; Iles, D. C. (2015) Steel Bridge Group: Guidance Notes on best practice in steel bridge construction( 6th Issue). (P185). SCI
  • wskazówki 2.03 usztywnienia i połączenia belek poprzecznych
  • wskazówki 2.04 usztywnienia łożysk
  • Wskazówki 2.05 pośrednie usztywniacze poprzeczne

Zobacz również

• mosty wielodźwigarowe kompozytowe
• mosty kompozytowe drabinkowe
• mosty Dźwigarowe skrzyniowe
• Stal odporna na warunki atmosferyczne
• Mosty-projekt wstępny
• projektowanie Belek w Mostach kompozytowych
• projektowanie zmęczeniowe mostów
• Systemy usztywnień
• połączenia w mostach
• specyfikacja przegubu mostu i łożysk
• projektowanie konstrukcji stalowych mostów

• Highways England dmrb (Podręcznik projektowania dróg i mostów)
• Highways England MCDHW (Manual of Contract Documents for Highway Works)
• The Steel Bridge Group (SBG)