Проектирование AASHTO Steel Box Bearders для подвесных мостов в прибрежной среде Мозамбика

Интеграция передовых стандартов строительства мостов с местными экологическими требованиями имеет решающее значение для устойчивого развития инфраструктуры.стальные балки для коробок, разработанные в соответствии со стандартами Американской ассоциации государственных дорожных и транспортных чиновников (AASHTO), в контексте подвесных мостов в Мозамбике.Он начинается с определения структурного состава и преимуществ подвесных мостов и их ключевых компонентов.Затем в статье разъясняется характер стандартов AASHTO и их типичные климатические применения.проводит подробный анализ уникального климата и географии Мозамбика, вытекающие из специальных требований и адаптации для стандартных AASHTO стальных балок для обеспечения долговечности, безопасности и долговечности в этой требовательной среде,используя знаменитый мост Мапуто-Катембе в качестве яркого примера.

1Подвесный мост: инженерное чудо протяженности и элегантности

Подвесный мостявляется типом моста, в котором палуба (подъемная поверхность) подвешена под подвесными кабелями на вертикальных подвесниках.часто превышает 2Его конструкция элегантна и очень эффективна.

1.1 Структурный состав
Основными компонентами современного подвесного моста являются:

Главные кабели:Это основные несущие элементы, обычно изготовленные из высокопрочных оцинкованных стальных проводов, скрепленных между собой.Кабели несут подавляющее большинство веса палубы и живые нагрузки (трафик) в напряжении.

Башни (пилоны):Это вертикальные конструкции, которые поддерживают основные кабели. Они поднимаются высоко над палубой, чтобы обеспечить необходимую осаду для кабелей, передавая силы кабеля вниз к фундаментам.Башни обычно строятся из железобетона или стали.

Подвески (подвески):Это вертикальные или почти вертикальные канаты или кабели, которые соединяют основные кабели с палубой моста.

Закрепление:Это массивные сооружения, обычно из бетона, расположенные на обоих концах моста.Их важнейшая функция - противостоять огромным силовым натяжкам главных кабелей и переносить их в землю..

Строящая балки/полубы:В современных подвесных мостах это чаще всегостальные подвески, который также служит жестким элементом для всей конструкции моста.

1.2 Преимущества и характеристики
Подвесные мосты имеют определенные преимущества, которые делают их единственным возможным решением для определенных переходов:

Беспрецедентная протяженность:Их способность преодолевать огромные расстояния, такие как широкие реки, глубокие ущелья или навигационные каналы, с минимальными промежуточными опорами является их самым значительным преимуществом.

Экономическая эффективность в долгосрочной перспективе:Для очень длинных пролётов подвесные мосты часто более экономичны, чем другие типы мостов из-за эффективного использования высокопрочной стали при напряжении для кабелей.

Эстетическая привлекательность:Их тонкие профили и высокие башни считаются грациозными и визуально поразительными, часто становятся знаковыми достопримечательностями.

Устойчивость к сейсмической активности:Неотъемлемая гибкость подвесной конструкции позволяет ей эффективно поглощать и рассеивать сейсмическую энергию, что делает ее подходящей для регионов, подверженных землетрясениям.

Высокая аэродинамическая устойчивость:При проектировании с упрощенной палубой (например, стеклянной балки), современные подвесные мосты очень устойчивы к нестабильности, вызванной ветром, такой как трепет и вихревое сброс.

2Стальная коробка бревна: позвоночник современного подвесного моста

Строгость и аэродинамические характеристики мостовой палубы обеспечивают жесткость и аэродинамические характеристики.

2.1 Структурный состав
А.стальные подвескииспользуется в подвесных мостах, это не простоя полая коробка, это сложная, ортотропно затвердевшая структура:

Плита на палубе (верхняя):Это дорожная поверхность, обычно покрытая полимерно-модифицированным асфальтом или эпоксидным покрытием.

Нижняя тарелка:Нижний фланц коробки, который работает в тандеме с палубной пластиной, чтобы противостоять глобальным моментам изгиба.

Площадки (вертикальные стены):Это вертикальные плиты, соединяющие верхнюю и нижнюю плиты, образующие боковые части коробки.

Продольные жесткие вещества (у-ребры или плоские прутки):Они представляют собой U-образные или плоские стальные секции, непрерывно сварные на нижней стороне палубной пластины и внутренней части нижней и сетевой пластины.Они распределяют концентрированные колесные нагрузки вдоль длины моста и предотвращают локальное изгибание больших колес., тонкие стальные пластины.

Поперечные полы/диафрагмы:Это перекрестные рамы, расположенные на регулярных расстояниях вдоль длины моста (обычно на расстоянии 3-5 метров).и распределять нагрузки между основными кабелями через вешалки.

2.2 Преимущества и характеристики
Доминирование стальной балки в подвесных мостах с длинным протяжением обусловлено несколькими убедительными преимуществами:

Высокое соотношение прочности к весу:Стальные балки имеют исключительную прочность и жесткость для их собственного веса.и крепления.

Отличная аэродинамическая производительность:Закрытая, растираемая секция коробки представляет гладкую поверхность для ветра.минимизация образования разрушительных вихрей, которые могут привести к катастрофическим колебаниям, как это было видно в катастрофе на мосту Такома-Нарроуз.

Высокая торсионная жесткость:Закрытая секция коробки обеспечивает огромную устойчивость к изгибу, что имеет решающее значение для поддержания стабильности при асимметричных нагрузках или поперечных ветрах.

Эффективность изготовления и эрекции:Боксные балки могут быть изготовлены в больших, полностью собранных сегментах в контролируемой фабричной среде.значительное ускорение сроков строительства.

Прочность и устойчивость:Благодаря современным защитным системам покрытия и внутреннему обезвоживанию долговечность стальных конструкций может превышать 100 лет.

3Стандарт AASHTO: рамки безопасности и надежности мостов

3.1 Что такое стандарт AASHTO?
Американская ассоциация государственных дорожных и транспортных чиновников (AASHTO) публикует всеобъемлющий набор руководств и спецификаций, которые регулируют проектирование, строительство,и обслуживание автомагистралей и мостов в Соединенных ШтатахНаиболее важным документом для проектирования моста является"Спецификации конструкции моста AASHTO LRFD"(LRFD означает Load and Resistance Factor Design).

LRFD is a probabilistic-based design methodology that uses load factors and resistance factors to achieve a more uniform and reliable level of safety across different types of bridges and loading conditions, по сравнению со старым методом разрешенного стресса (ASD).

3.2 Основное климатическое и географическое применение
Стандарты AASHTO были разработаны в первую очередь для разнообразного и часто сурового климата Северной Америки.

Холодные и умеренные регионы:Спецификации включают в себя обширные положения для циклов заморозки и оттаивания, использования солей для обезледенения (которые ускоряют коррозию), нагрузки снега и льда и теплового сокращения при низких температурах.

Сейсмические зоны:В AASHTO есть подробные главы по сейсмическому проектированию, что делает его применимым в таких районах, как Калифорния и Аляска, которые подвержены землетрясениям.

Районы, подверженные ветру:Эти стандарты обеспечивают строгие методологии для расчета нагрузки ветра и проведения аэродинамического анализа, что важно для регионов, подверженных ураганам, торнадо и сильным ветрам.

Общая долговечность:Хотя базовые спецификации AASHTO являются всеобъемлющими, они предполагают "типичный" диапазон воздействия на окружающую среду.стандарты требуют от конструктора указать улучшенные материалы и системы защиты.

4Применение в Мозамбике: адаптация стандарта AASHTO к тропической прибрежной среде

ВМост Мапуто-Катембе, 3-километровый подвесный мост с 680-метровым основным протяжением, является свидетельством применения этих инженерных принципов в Мозамбике.Его успех зависел от адаптации международных стандартов, как AASHTO, к местным условиям.

4.1 Анализ климата и географии Мозамбика
Окружающая среда Мозамбика представляет ряд конкретных проблем для инфраструктуры стальных мостов:

Климат:Тропический и субтропический климат, характеризующийся двумя основными сезонами:

Горячий, влажный и дождливый период (октябрь - март):Характеризуется высокими температурами, очень высокой относительной влажностью и проливными дождями из тропических систем.

Теплый, сухой сезон (апрель-сентябрь):Мягче, но с значительной влажностью вблизи побережья.

Коррозионная атмосфера:Длинная береговая линия, включая мост Мапуто-Катембе в заливе Мапуто, означает постоянное воздействиеморская средаВоздух наполнен соляными спреями и хлоридами, которые очень агрессивны и резко ускоряют коррозию незащищенной стали.

Циклоническая активность:Мозамбикский канал является горячей точкой для тропических циклонов (местный термин для ураганов).чрезвычайно сильные ветры, ливни и штормовые волны, создавая огромные аэродинамические, ударные и гидравлические нагрузки на мосты.

Высокое солнечное излучение:Интенсивное, круглогодичное УФ-излучение может разрушать органические материалы, в том числе покрытия краски и эластомерные подшипники.

Геология и гидрология:Фундаменты башен и якорей часто должны бороться с аллювиальными почвами и потенциалом для очистки в речных или устьевых средах.

4.2 Специальные требования и приспособления для стандартных AASHTO стальных коробковых балки в Мозамбике

Проектирование стальной коробки по стандарту AASHTO LRFD для Мозамбика требует конкретных улучшений и сосредоточенного внимания в следующих областях:

1Улучшенная защита от коррозии:
Стандартные требования AASHTO к системам покрытия являются отправной точкой, но их необходимо значительно улучшить.

Система покрытия:Необходима надежная многослойная система покрытия, которая обычно включает:

Металлизация:Нанесение слоя расплавленного цинка или алюминия (тепловой спрей) на стальную поверхность для обеспечения жертвенной катодической защиты.

Эпоксидный праймер/печать:Чтобы запечатать металлизированный слой.

Эпоксидный промежуточный слой высокой конструкции:Для защиты барьера и толщины пленки.

Покрытие из полиуретана:Для повышенной устойчивости к ультрафиолетовому излучению и для обеспечения окончательного цвета и эстетической отделки.

Внутренняя обезвоживание:Окончательное пространство внутри ящиковой балки очень подвержено конденсации в влажном климате Мозамбика.система обезвоживанияЭта система накачивает сухой воздух в коробку, поддерживая относительную влажность ниже 40-50%, эффективно останавливая коррозию до того, как она может начаться.Это мера лучшей практики, явно рекомендованная AASHTO для закрытых помещений в коррозионной среде..

2Аэродинамическая и ветровая нагрузка:
В то время как AASHTO предоставляет формулы нагрузки ветра, циклоническая активность требует более высокого стандарта анализа.

Исследование ветра на конкретном участке:Детальное испытание ветрового тоннеля не просто рекомендуется, это необходимо.Это включает в себя создание масштабной модели моста и его окружающей топографии и испытание его в пограничном тоннеле ветра.Цель состоит в следующем:

Подтвердить устойчивость моста к колебаниям и вибрациям, вызванным вихрем при экстремальных скоростях ветра, ожидаемых во время циклона категории 4 или 5.

Получить точные коэффициенты силы для конструкции.

Аэродинамическая детализация:Растворённая форма самой балки является основной защитой.аэродинамические галереиилипроводные лопаткимогут быть включены для дальнейшего упрощения потока ветра и устранения потенциала вихря при более низкой скорости ветра, обеспечивая комфорт для пользователей ежедневно и безопасность во время штормов.

3- Учитывание тепловой нагрузки:
В АШТО есть условия для теплового расширения, но климат Мозамбика представляет собой уникальную комбинацию.

Нагрузка солнечной радиации:Сильное солнце может вызвать значительные температурные различия по всему бревню. верхняя пластина на прямом солнце может быть гораздо жарче, чем нижняя пластина в тени." которые должны учитываться при проектировании подшипников и расширительных соединений.

Общий диапазон температуры:Хотя диапазон суточных температур не так экстремален, как в континентальном климате,сочетание высокой температуры окружающей среды и солнечной нагрузки означает, что расширительные соединения и системы подшипников должны быть спроектированы для значительного диапазона движения..

4Сейсмические и гидравлические нагрузки:
Мозамбик не является регионом с самой высокой сейсмичностью, но сейсмическая активность наблюдается от низкой до умеренной.

Сейсмическая конструкция:Сейсмические положения LRFD AASHTO будут применяться на основе анализа сейсмической опасности для конкретного участка.но связи между палубой и башнями, и системы удерживания должны быть спроектированы с учетом ожидаемых перемещений.

Защита от плесени:Для пирсов башни в заливе Мапуто необходим подробный анализ.При проектировании фундамента необходимо учитывать потенциальную потерю почвы вокруг пирсов из-за сильных приливных течений и штормовых волн во время циклонов.Это часто включает в себя проектирование глубоких фундаментов (например, свай большого диаметра), которые простираются ниже прогнозируемой максимальной глубины очистки и / или установку защитной брони вокруг пирсов.

Мост Мапуто-Катембе - яркий пример того, как глобальное инженерное совершенство, закрепленное в стандартах, таких как AASHTO LRFD,может быть успешно адаптирована для решения требований конкретной местной средыПодвесный мост, с его несравненной протяженностью, был логичным выбором для соединения Мапуто с Катембе.Его успех неразрывно связан с производительностью его стальной коробки балок.

Проектирование этой балки для Мозамбика было не просто вопросом соблюдения кодекса; это было упражнением в адаптации к окружающей среде.Это потребовало увеличения стандарта AASHTO с неустанным акцентом на борьбу с агрессивной морской коррозией через передовое покрытие и обезвоживание, подтверждая его аэродинамическую устойчивость к циклоническим ветрам посредством строгих испытаний и гарантируя, что его фундаменты могут выдерживать гидравлические силы динамического прибрежного устья.Контекстуальное применение международных стандартов прокладывает путь к будущему устойчивому, безопасные и преобразующие инфраструктурные проекты не только в Мозамбике, но и во всем развивающемся мире, сталкивающемся с аналогичными климатическими проблемами.