dr inż.Piotr Gwoździewicz
dr inż.Piotr Gwoździewicz
dr inż.Piotr Gwoździewicz
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
WARSZAWA, 14 stycznia 2010 r.<br />
SEMINARIUM SZKOLENIOWE<br />
"Stal w infrastrukturze <strong>dr</strong>ogowej"<br />
Dr InŜ. <strong>Piotr</strong> GWOŹDZIEWICZ<br />
Dr InŜ. Karol RYś<br />
Politechnika Krakowska,<br />
Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych<br />
Związek Mostowców RP<br />
Tendencje w projektowaniu obiektów mostowych, zmiany w materiałach<br />
używanych do ich budowy<br />
Zastosowanie stali trudnordzewiejących w obiektach<br />
infrastruktury <strong>dr</strong>ogowej – aspekty materiałowe,<br />
konstrukcyjne i technologiczne
PLAN PREZENTACJI<br />
1. Wprowadzenie<br />
2. Przykłady realizacji obiektów infrastruktury ze stali<br />
trudnordzewiejącej<br />
Kanada<br />
Włochy<br />
3. Analiza szczegółowa wybranych zagadnień<br />
Materiał i jego weryfikacja praktyczna<br />
Konstrukcja<br />
Technologia
PLAN PREZENTACJI<br />
OBIEKTY ZESPOLONE BETON-STAL<br />
•Czas wznoszenia<br />
•Ilość materiałów<br />
•Trwałość<br />
•Wystarczająca bezwładność cieplna pomostu
PRZYKŁADY REALIZACJI<br />
KANADA
PRZYKŁADY REALIZACJI<br />
KANADA<br />
Klimat:<br />
- umiarkowany ciepły - południowa część kraju<br />
- subpolarny i polarny - północna część kraju<br />
- górski - Kordyliery<br />
Polska:<br />
klimat umiarkowany o charakterze<br />
przejściowym pomiędzy klimatem<br />
morskim a lądowym<br />
Roczne sumy opadów :<br />
- Kordyliery - 6000 mm<br />
- wybrzeŜa - 1000 mm<br />
- środkowa Kanada - 300-500 mm<br />
Polska:<br />
w górach: od 800mm do 1400 mm;<br />
na nizinach i wyŜynach: 400-750 mm;<br />
Średnia miesięczna temperatura powietrza:<br />
- lipiec: od -5°C (północ kraju) do + 21°C (południe kraju)<br />
- styczeń: od -35°C (północ kraju) do 1-4°C (południowy - zachód kraju)<br />
Polska: lipiec od 16 do 19°C<br />
Styczeń; od -6°C a 0°C
Wiadukt kolejowy nad autostradą. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.<br />
Przęsła czterodźwigarowe (blachownice spawane).
Wiadukt kolejowy nad autostradą. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.<br />
Przęsła czterodźwigarowe (blachownice spawane).
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą. Ustrój nośny trójprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą. Ustrój nośny trójprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).
Most <strong>dr</strong>ogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).<br />
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Most <strong>dr</strong>ogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).<br />
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Most <strong>dr</strong>ogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).<br />
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Most <strong>dr</strong>ogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane).<br />
Interprovincial Bridge (Quebec – New Brunswick)
Kładka dla pieszych nad <strong>dr</strong>ogą dwujezdniową. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.<br />
Przęsła dwudźwigarowe, kratownice krzyŜulcowe ze sztywnym pasem dolnym.
Kładka dla pieszych nad <strong>dr</strong>ogą dwujezdniową. Ustrój nośny dwuprzęsłowy.<br />
Przęsła dwudźwigarowe, kratownice krzyŜulcowe ze sztywnym pasem dolnym
Budowa wiaduktu <strong>dr</strong>ogowego nad autostradą. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła czterodźwigarowe, skrzynki trapezowe, styki montaŜowe na śruby spręŜające
Budowa wiaduktu <strong>dr</strong>ogowego nad autostradą. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły.<br />
Przęsła czterodźwigarowe, skrzynki trapezowe, styki montaŜowe na śruby spręŜające
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą. Ustrój nośny jednoprzęsłowy
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.
PRZYKŁADY REALIZACJI<br />
WŁOCHY
UWARUNKOWANIA<br />
MOśLIWE ZABIEGI<br />
•- WYCZERPANIE UNIFIKACJA OBIEKTÓW POJEMNOŚCI – SKRÓCENIE AUTOSTRADY CZASU PROJEKTOWANIA I<br />
•<br />
REALIZACJI<br />
BRAK MOśLIWOŚCI ROZBUDOWY<br />
-<br />
•<br />
PREFABRYKACJA ELEMENTÓW OBIEKTÓW<br />
PEŁNE ZURBANIZOWANIE OTOCZENIA AUTOSTRADY<br />
-<br />
•<br />
ZMNIEJSZENIE LICZBY ETAPÓW PRAC KONSTRUKCYJNYCH<br />
KONIECZNOŚĆ UTRZYMANIA RUCHU<br />
-<br />
•<br />
ELIMINACJA PODPÓR I RUSZTOWAŃ<br />
ZAMKNIĘCIA CHWILOWE - MINIMALIZACJA OKRESU ROBÓT BUDOWLANYCH<br />
- ZASTOSOWANIE MATERIAŁÓW NIE WYMAGAJĄCYCH REGULARNEJ<br />
• OGRANICZONA MOśLIWOŚĆ KONSERWACJI<br />
KONSERWACJI<br />
• SZYBKI POSTĘP PRAC<br />
GŁÓWNE PRIORYTETY<br />
• TRWAŁOŚĆ, MINIMALNA OBSŁUGA I KONSERWACJA
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą; Ustrój nośny jednoprzęsłowy
Wiadukt <strong>dr</strong>ogowy nad autostradą;<br />
Ustrój nośny trójprzęsłowy, swobodnie podparty
Most autostradowy nad kanałem Leonardo da Vinci<br />
Ustrój łukowy
Most przez rz. Wisłę<br />
w Zakroczymiu<br />
Stal 12 H Nnb
ANALIZA SZCZEGÓLOWA WYBRANYCH ZAGADNIEŃ<br />
MATERIAŁ<br />
Stale trudnordzewiejące - większa odporność korozyjna od stali węglowych<br />
obecność 0,2-0,5% Cu, 1- 3% Cr oraz niewielkich ilości P, Al i Ni<br />
W obecności środowiska korozyjnego na powierzchni stali powstaje patyna -<br />
warstwa pasywująca złoŜona z siarczanów i węglanów miedzi, chroniąca stop<br />
przed dalszym utlenianiem.<br />
Stale konstrukcyjne spawalne ogólnego przeznaczenia do pracy w atmosferach<br />
przemysłowych i morskich, np.: Corten, Tenapso, 10H, 10HNAP, 18G2ACu,<br />
St3SCu, 10HSNCu.<br />
Norma polska i europejska PN-EN 10155:1997 i EN 10155:1993: STALE<br />
KONSTRUKCYJNE TRUDNO RDZEWIEJĄCE<br />
Oznaczenie<br />
W.Nr.<br />
C<br />
max.<br />
Si<br />
Zawartość elementów - [%] cięŜar<br />
Mn<br />
P<br />
S<br />
max.<br />
Cr<br />
Cu<br />
Ni<br />
max.<br />
V<br />
Corten A 1.8946<br />
0,12<br />
0,25<br />
0,75<br />
0,20<br />
0,50<br />
0,07<br />
0,15 0,035<br />
0,50<br />
1,25<br />
0,25<br />
0,55 0,65<br />
-<br />
Corten B 1.8963 0,16<br />
0,30<br />
0,50<br />
0,80<br />
1,25<br />
max.<br />
0,035 0,035<br />
0,40<br />
0,65<br />
0,25<br />
0,40 0,40<br />
0,02<br />
0,10<br />
W celu osiągnięcia struktury <strong>dr</strong>obnoziarnistej stal zawiera wystarczające ilości<br />
elementów wiąŜących azot (np. ≥ 0,02% Al).
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA CORTEN<br />
Stal trudnordzewiejąca jest stosowana w budowie mostów w<br />
Stanach Zjednoczonych od 1964 r. W ciągu 30 lat w USA<br />
powstało 2300 mostów z tej stali.<br />
Po 16 latach stosowania przeprowadzono długofalowy program<br />
badawczy na temat ich trwałości, podzielony na dwie fazy:<br />
1. Analiza trwałości konstrukcji ze stali trudnordzewiejącej w róŜnych<br />
warunkach – 52 obiekty, inicjatywa AISI, przeprowadzona 1980,<br />
opublikowana 1982.<br />
2. Analiza powłok ochronnych na stali trudnordzewiejącej – inicjatywa<br />
FHWA i SSPC, przeprowadzona 1992, opublikowana 1995<br />
Ponadto, zorganizowane było Forum na temat stosowania stali<br />
trudnordzewiejącej w konstrukcjach mostowych, z którego<br />
opublikowano raport. FHWA wydała teŜ poradnik dla stosowania<br />
niepowlekanej Moorestown; stali trudnordzewiejącej New Jersey Turnpike;1964<br />
w konstrukcjach (rok 1989).<br />
Po 13 latach od pierwszej fazy badań, AISI przeprowadził ponowne<br />
badania 52 obiektów w roku 1993.
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA<br />
Wybrane obiekty objęte badaniami - USA<br />
Droga NC 231 nad US 264; 1976<br />
Droga MD I-895 nad I-95; 1970<br />
New Jersey Turnpike;<br />
Sól na poboczach<br />
Green Bay, Wisconsin; 1,22m<br />
nad wodą stojącą; 1971
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA<br />
Wybrane obiekty objęte badaniami - USA<br />
Waukesha, Wisconsin; 2,0 –<br />
2,9m nad rzeką; 1972<br />
Pęknięcie zmęczeniowe<br />
Droga 23 nad kanałem Doullut; 1975<br />
Droga 52; Most nr 2039; 1972r Droga 23 nad kanałem Doullut; 1975
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA<br />
Efekt ekonomiczny<br />
KOSZTY MALOWANEJ I NIEMALOWANEJ STALI<br />
zwykłej Trudnordzew<br />
MASA STALI 5151 T 5151T<br />
MATERIAŁY, WYRÓB,<br />
ROBOCIZNA, TRANSPORT<br />
$5.57 M $5.86 M<br />
MONTAś $0.47 M $0.47 M<br />
MALOWANIE<br />
WARSZTATOWE<br />
$0.38 M $0.03 M<br />
MALOWANIE TERENOWE $0.54 M $0.01 M<br />
RAZEM $6.96 M $6.37 M<br />
RÓśNICA = 9.2%
STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA (TYPU CORTEN)<br />
Obserwacje z inspekcji po 30 latach:<br />
• UwaŜa się, Ŝe stal corten jest wraŜliwa na chlorki, jednakŜe wyniki<br />
obserwacji na <strong>dr</strong>ogach tego generalnie nie potwierdzają<br />
• Jedynie w regionie Detroit znaczącą korozję elementów z tej stali przypisuje<br />
się odladzaniu <strong>dr</strong>óg<br />
• Brak korozji w obiektach usytuowanych nad wodą płynącą<br />
• Dowiedziono braku konieczności zabezpieczenia powierzchni stali<br />
powłokami<br />
• Ogniska korozji pod dylatacjami na skutek stałej obecności wody<br />
• Wpływ nie<strong>dr</strong>oŜności spustów<br />
• Znacząca korozja pod wpływem glikolu polipropylenowego<br />
• Stwierdzono korozję pod wpływem wody morskiej<br />
• Zredukowana moŜliwość dostrzeŜenia pęknięć zmęczeniowych
ROZWIĄZANIA TYPOWE WIADUKTÓW NAD AUTOSTRADĄ
USTRÓJ NOŚNY<br />
wielodźwigarowa konstrukcja ze spawanych dźwigarów<br />
stalowych ze stali trudnordzewiejącej
USTRÓJ NOŚNY<br />
styki montaŜowe na śruby spręŜające
USTRÓJ NOŚNY<br />
zastosowanie w pasach dolnych blach o duŜej szerokości b>10t
USTRÓJ NOŚNY<br />
pasy bez nakładek
USTRÓJ NOŚNY<br />
brak blach węzłowych, połączenia stęŜeń bezpośrednio do pasów
USTRÓJ NOŚNY<br />
zastosowanie blach szalunkowych g=5mm<br />
blachy usztywnione Ŝebrami kratownicowymi co 400mm
POMOST OBIEKTU<br />
Płyta Ŝelbetowa<br />
Łączniki zespalające powierzchniowo typu NELSON, o średnicy 19mm<br />
w liczbie 3 do 4 w poprzek pasa
USTRÓJ NOŚNY<br />
rozwiązanie belek gzymsowych - element zamykający szalunek płyty
USTRÓJ NOŚNY<br />
rozwiązanie belek gzymsowych - maskujący element<br />
architektoniczny ze stali nierdzewnej.
USTRÓJ NOŚNY - MATERIAŁY<br />
Konstrukcja: Stal S355J0W, S355J2G2W, S355K2G2W<br />
Płyty szalunkowe: Stal S355J0W<br />
Łączniki sworzniowe typu NELSON: ST37-3K<br />
Śruby spręŜające klasy 10.9<br />
Beton pomostu C40/50<br />
USTRÓJ NOŚNY – TECHNOLOGIA BUDOWY<br />
1. Ruszt stalowy, wszystkie połączenia cierne<br />
2. Brak podpór montaŜowych<br />
3. Po zainstalowaniu blach szalunkowych montaŜ zbrojenia i<br />
betonowanie
USTRÓJ NOŚNY – PODSUMOWANIE<br />
Wybór ustroju zespolonego jest racjonalny w kontekście krótkiego<br />
terminu realizacji; ogromna popularność tej technologii w wielu<br />
krajach (Wielka Brytania, Niemcy, Hiszpania, Portugalia, Włochy,<br />
Stany Zjednoczone, równieŜ z wykorzystaniem stali<br />
trudnordzewiejącej)<br />
Połączenia cierne na śruby spręŜające – wyeliminowanie spawania na<br />
budowie oraz uszczelnienie styków<br />
Wykorzystanie dźwigarów pełnościennych w rozstawie rzędu 3,20m<br />
pozwala na przewietrzanie przekroju – mniejszy wpływ wilgoci
PODSUMOWANIE<br />
1. PROPONOWANE ROZWIĄZANIA SĄ POPRAWNE I<br />
UZASADNIONE Z UWAGI NA SZYBKI CZAS REALIZACJI A<br />
TAKśE ZAPEWNIENIE ICH TRWAŁOŚCI I PRAWIDŁOWEJ<br />
PRACY W OKRESIE UśYTKOWANIA<br />
2. W LOKALIZACJACH, GDZIE WZGLĘDY ESTETYCZNE MAJĄ<br />
MNIEJSZE ZNACZENIE, OBIEKT O NISKICH WYMAGANIACH W<br />
ZAKRESIE UTRZYMANIA WYKONANY ZE STALI<br />
TRUDNORDZEWIEJĄCEJ WYDAJE SIĘ BYĆ OPTYMALNYM<br />
WYBOREM<br />
3. OBIEKCJE W STOSOWANIU STALI TRUDNORDZEWIEJĄCEJ W<br />
OBIEKTACH MOSTOWYCH W SZCZEGÓLNOŚCI POD<br />
AUTOSTRADĄ WYDAJĄ SIĘ NIEUZASADNIONE
DZIĘKUJĘ
Change language