CZ308602B6

CZ308602B6 - Reinforcement of a suspended belt by external pre-stressing

Info

Publication number: CZ308602B6
Application number: CZ2020-247A
Authority: CZ
Inventors: Ladislav Klusáček; Jan Koláček; Radim Nečas; Jiří Strnad
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date: 2020-05-04
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2020-12-23
Also published as: CZ2020247A3

Abstract

Reinforcing a suspension strip (1) of a bridge structure by external pre-stressing formed by a pair of bundles (4) of pre-stressing ropes, on which the bridge structure rests on two rows of struts, consists of the rope bundles (4) are crossed in front of their ends. (6), the ends of the ropes (5) projecting from the plate (6) are anchored in concrete reinforced reinforcements (7) formed on the sides of the original abutments (2) of the bridge.

Description

Zesílení visutého pásu externím předpětímReinforcement of the suspended belt by external prestressing

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká zesílení visutého pásu mostní konstrukce prostřednictvím dodatečného předpětí vytvořeného dvojicí svazků předpjatých lan umístěných pod konstrukcí. Toto opatření slouží k rekonstrukci, resp. zvýšení životnosti specifických mostních konstrukcí.The invention relates to the reinforcement of the suspension strip of a bridge structure by means of an additional prestress formed by a pair of bundles of prestressed ropes located under the structure. This measure is used for reconstruction, respectively. increasing the service life of specific bridge structures.

Dosavadní stav technikyPrior art

V minulosti byla postavena řada mostních konstrukcí v podobě visutého předpjatého pásu, tj. betonové mostovky tvořené řadou segmentů, jejichž kanály procházejí předpjaté kabely ukotvené na obou koncích v opěrách. V těchto mostech může po čase, ale zejména po mimořádných událostech, jako jsou povodně, docházet v důsledku koroze ocelových kabelů ke snížení nosnosti, případně i ke zřícení konstrukce. Pro zvýšení životnosti konstrukcí tohoto typu se pod mostovkou vedou dodatečná předpínací lana, resp. jejich svazky, které se na každém konci ukotví v novém bloku přizděném za původní opěrou. K tomu je však třeba zajistit průchod lan přes původní opěru jejím provrtáním. Toto známé řešení ale může narazit na případ, kdy je původní opěra silně vyztužena a nelze ji oslabit vrty, anebo není možné zajistit průchod lan opěrou vzhledem k umístění zemních kotev, které nesmí být přerušeny, nebo kvůli křížení vrtů s původními předpínacími kabely, které by byly neúnosně oslabeny či vyloučeny z působení.In the past, a number of bridge structures were built in the form of a suspended prestressed strip, ie concrete bridge decks formed by a series of segments, the channels of which pass through prestressed cables anchored at both ends in supports. In these bridges, over time, but especially after extraordinary events, such as floods, due to the corrosion of steel cables, the load-bearing capacity may be reduced or the structure may collapse. To increase the service life of structures of this type, additional prestressing ropes are led under the bridge deck, resp. their bundles, which are anchored at each end in a new block assigned behind the original abutment. To do this, however, it is necessary to ensure the passage of ropes through the original support by drilling it. However, this known solution may encounter a case where the original support is strongly reinforced and cannot be weakened by boreholes, or it is not possible to ensure the passage of ropes through the support due to the location of ground anchors, which must not be interrupted, or due to crossing the boreholes were unbearably weakened or excluded from action.

Vynález si klade za úkol navrhnout takové konstrukční a technologické řešení dodatečného statického zesílení konstrukcí typu visutý předpjatý pás, které odstraní popsaný problém známých řešení.The object of the invention is to propose such a constructional and technological solution of additional static reinforcement of suspended prestressed belt structures, which eliminates the described problem of known solutions.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedený úkol řeší zesílení visutého pásu mostní konstrukce externím předpětím tvořené dvojicí svazků předpjatých lan, na kterých prostřednictvím dvou řad vzpěr spočívá mostní konstrukce. Podstata vynálezu spočívá v tom, že svazky lan jsou před svými konci překříženy v hmotě letmo vybetonované desky, přičemž z desky vystupující konce lan jsou ukotveny v betonových vyztužených pňzdívkách na bocích původních opěr mostu.This task is solved by reinforcing the suspended strip of the bridge structure by an external prestress formed by a pair of bundles of prestressed ropes, on which the bridge structure rests by means of two rows of struts. The essence of the invention lies in the fact that the bundles of ropes are crossed in front of their ends in the mass of lightly concreted slabs, while the ends of the ropes protruding from the slab are anchored in concrete reinforced linings on the sides of the original bridge abutments.

Ze statického hlediska je výhodné, když kompaktní železobetonová přizdívka obepíná původní opěru z boků a zadní strany.From a static point of view, it is advantageous if the compact reinforced concrete lining encloses the original support on the sides and back.

Svazky lan mohou být s výhodou z desky vedeny do přizdívky kanály vyvrtanými v rozích původní opěry.The rope bundles can advantageously be guided from the board to the nickname by channels drilled in the corners of the original support.

Pro zachování symetrie systému je výhodné, když v překřížení svazků lan ve hmotě desky lana jednoho svazku procházejí mezi lany druhého svazku.In order to maintain the symmetry of the system, it is advantageous if, in the intersection of the rope bundles in the mass of the board, the ropes of one bundle pass between the ropes of the other bundle.

Svazky lan mohou být opatřeny ochrannou kapotáží z korozivzdomého materiálu, přičemž vnitřní prostor kapotáže je vyplněn samozhutnitelným plastbetonem.The rope bundles can be provided with a protective bonnet made of corrosion-resistant material, while the inner space of the bonnet is filled with self-compacting plastic concrete.

Navrhované zesílení předpjatého pásu externím předpětím spočívá v instalaci nových externích kabelů pod stávající konstrukci s jejich překřížením u opěr. Externí předpětí mohou tvořit dva svazky lan (jeden na každé straně konstrukce), nebo i více svazků, jejichž celkový počet je sudý. Geometrie externích svazků po délce přitom odpovídá parabole druhého stupně s rozpětím a vzepětím odpovídajícím zesilované konstrukci. Rozdíl mezi geometrií visutého pásu a geometriíThe proposed reinforcement of the prestressed strip by external prestressing consists in the installation of new external cables under the existing structure with their crossing at the supports. The external prestressing can consist of two bundles of ropes (one on each side of the structure), or even more bundles, the total number of which is even. The geometry of the external beams along their length corresponds to a second-degree parabola with a span and lift corresponding to the reinforced structure. The difference between the geometry of the suspension belt and the geometry

-1 CZ 308602 B6 externího svazku lan kompenzuje řada ocelových vzpěr. Výška vzpěry odpovídá vzdálenosti externího svazku lan od původní konstrukce v daném místě.-1 CZ 308602 B6 external rope bundle is compensated by a number of steel struts. The height of the strut corresponds to the distance of the external rope bundle from the original structure in the given place.

Původní opěry se v rozích provrtají krátkými šikmými kanály pro vedení nových svazků lan. Průměr vrtu se určí podle množství lan ve svazku. Vzhledem k malé délce kanálů dochází k narušení struktury původních opěr jen v minimálním rozsahu. Právě to je umožněno uspořádáním předpínacích svazků lan, které se vzájemně prostorově překříží před opěrami. Překřížení je provedeno tak, že jeden svazek lan prochází středem druhého svazku, případně jsou lana obou svazků v překřížení prostřídána. Tím je zajištěna symetrie systému. Křížení lan je zabudováno v prostorové desce z betonu, která zachytí stranové silové účinky lan při jejich přechodu z rovnoběžné polohy do překřížení.The original supports are drilled in the corners with short inclined channels for guiding new rope bundles. The diameter of the borehole is determined by the number of ropes in the bundle. Due to the small length of the channels, the structure of the original supports is disturbed only to a minimal extent. This is made possible by the arrangement of the prestressing bundles of ropes, which intersect spatially in front of the supports. The crossing is performed in such a way that one bundle of ropes passes through the center of the other bundle, or the ropes of both bundles are interspersed in the crossing. This ensures the symmetry of the system. The crossing of the ropes is built into a three-dimensional concrete slab, which captures the lateral force effects of the ropes during their transition from the parallel position to the crossing.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresů, na nichž obr. 1 a 2 představují v podélném řezu, resp. půdorysu, lávku přes vodní tok vytvořenou jako visutý pás a zesílenou externím předpětím podle vynálezu. Na obr. 3 a 4 je opět v řezu, resp. půdorysu, detail uložení lávky podle obr. 1 a 2 na říčním břehu. Obr. 5, 6 a 7 představují letmou betonovou desku se zabudovaným překřížením svazků lan, a to obr. 5 v řezu A-A podle obr. 6 a obr. 7 v řezu B-B podle obr. 6. Obr. 7 je příčný řez mostovkou v jejím středu.The invention will be further elucidated with the aid of the drawings, in which FIGS. 1 and 2 represent in longitudinal section, respectively. plan view, a footbridge over a watercourse formed as a suspension belt and reinforced by an external prestress according to the invention. In Figs. 3 and 4 it is again in section, resp. floor plan, detail of the footbridge storage according to Figs. 1 and 2 on the river bank. Giant. 5, 6 and 7 show a flying concrete slab with a built-in crossing of rope bundles, namely Fig. 5 in section A-A according to Fig. 6 and Fig. 7 in section B-B according to Fig. 6. Figs. 7 is a cross section of the bridge deck in its center.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Je připraveno experimentální ověření fúnkčních vlastností zesílení visutého pásu lávky podle obr. 1 a 2 externím předpětím s prostorovým překřížením lan u opěr. Lávka spolu s přilehlými upravenými chodníky má zajistit bezpečné převedení pěší dopravy přes řeku. Prostorové uspořádání lávky odpovídá navrženému konstrukčnímu typu - visutému předpjatému pásu. Lávka je přímá a je v proměnném podélném sklonu. Podélný sklon se směrem ke středu zmenšuje až do nulové hodnoty. Volná šířka mezi zábradlím je 3,00 m, šířka lávky je 3,80 m. Příčný sklon je střechovitý o velikosti 1 %.An experimental verification of the functional properties of the reinforcement of the suspension belt of the footbridge according to Figs. 1 and 2 is prepared by external prestressing with a spatial crossing of the ropes at the supports. The footbridge, together with the adjacent paved sidewalks, is intended to ensure the safe transfer of pedestrian traffic across the river. The spatial arrangement of the footbridge corresponds to the proposed construction type - a suspended prestressed belt. The footbridge is straight and has a variable longitudinal slope. The longitudinal slope decreases towards the center up to zero. The free width between the railings is 3.00 m, the width of the footbridge is 3.80 m. The transverse slope is roof-like with a size of 1%.

Nosnou konstrukci lávky tvoří visutý předpjatý pás 1, který je vetknut do původních krajních monolitických opěr 2. Visutý pás 1 je složen z prefabrikovaných segmentů 3. Krajní segmenty 3 jsou na opěrách 2 uloženy na nevyztužených elastomerových ložiskách. Jelikož ložiska nejsou s nosnou konstrukcí mostu spojena, může se nosná konstrukce při výstavbě při předpínání od ložisek odvinout a při zatížení znovu přivinout. Toto uspořádání zmenšuje místní namáhání koncových segmentů ve vetknutí. Rozpětí nosné konstrukce je tedy proměnné, a to od 57,73 m do 63,36 m. Délka visutého pásu j. je 63,36 m. Průvěs visutého pásu 1 je proměnný, závisí na teplotě a velikosti zatížení. Při záporných teplotách se průvěs pásu 1 zmenšuje, naopak při vysokých kladných teplotách se zvětšuje.The supporting structure of the footbridge consists of a suspended prestressed belt 1, which is embedded in the original end monolithic abutments 2. The suspension belt 1 is composed of prefabricated segments 3. The end segments 3 are mounted on the abutments 2 on unreinforced elastomeric bearings. Since the bearings are not connected to the supporting structure of the bridge, the supporting structure can unwind from the bearings during prestressing and rewind under load. This arrangement reduces the local stress on the end segments in the stitching. The span of the supporting structure is therefore variable, from 57.73 m to 63.36 m. The length of the suspension belt j is 63.36 m. The sag of the suspension belt 1 is variable, depending on the temperature and the magnitude of the load. At negative temperatures, the sag of the belt 1 decreases, while at high positive temperatures it increases.

Zesílení visutého pásu 1 konstrukce lávky externím předpětím je tvořeno dvojicí svazků 4 předpjatých lan 5, na kterých prostřednictvím dvou řad vzpěr spočívá konstrukce lávky. Svazky 4 lan jsou před svými konci překříženy v hmotě letmo vybetonované desky 6. Přitom z desky 6 vystupující konce lan 5 jsou ukotveny v přizdívkách 7 na bocích původních opěr 2 lávky, které jsou součástí kompaktní železobetonová přizdívky 7 obepínající původní opěru 2 z obou boků i ze zadní strany.The reinforcement of the suspension belt 1 of the footbridge structure by external prestressing is formed by a pair of bundles 4 of prestressed ropes 5, on which the footbridge structure rests by means of two rows of struts. The rope bundles 4 are crossed in front of their ends by a lightly concreted slab 6. The ends of the ropes 5 protruding from the slab 6 are anchored in the grips 7 on the sides of the original footbridge supports 2, which are part of a compact reinforced concrete ridge 7 surrounding the original support 2 from the back.

Svazky 4 lan jsou z desky 6 vedeny do přizdívky 7 kanály 8 vyvrtanými v rozích původní opěry 2. V překřížení svazků 4 lan v hmotě desky 6 lana 5 jednoho svazku 4 procházejí mezi lany 5 druhého svazku 4. Svazky 4 lan jsou opatřeny ochrannou kapotáží 9 tvořenou korozi vzdorným plechem tl. 2 mm. Prostor mezi kapotáží 9 a jednotlivými lany 5 je vyplněn samozhutnitelným plastbetonem 10. Vyplnění je povedeno materiálem Groutex 601 nebo obdobným materiálem na bázi silikátůThe rope bundles 4 are guided from the plate 6 to the nickname 7 by channels 8 drilled in the corners of the original support 2. At the intersection of the rope bundles 4 in the mass of the rope plate 6 the rope 5 of one bundle 4 passes between the ropes 5 of the other bundle 4. The rope bundles 4 are provided with a protective hood 9 formed by corrosion of resistant sheet metal th. 2 mm. The space between the bonnet 9 and the individual ropes 5 is filled with self-compacting plastic concrete 10. The filling is made of Groutex 601 or similar silicate-based material

- 2 CZ 308602 B6 pomocí otvorů ve spodní části kapotáže 9. Vyplnění lze provádět gravitačně nebo čerpání pomaluběžným čerpadlem. Plnění probíhá po montáži všech lan svazků 4 od středu lávky symetricky k oběma opěrám 2.- 2 GB 308602 B6 by means of holes in the lower part of the bonnet 9. Filling can be done by gravity or by pumping with a slow-running pump. Filling takes place after the assembly of all ropes of the bundles 4 from the center of the footbridge symmetrically to both supports 2.

Dva svazky 4 lan tvořící externí předpětí jsou umístěny pod kabelovými žlaby původních nosných lan. Celkově se jedná o 2 x 18 lan o 15,7 mm (Y1860-S7-15,7 mm) napnutých na napětí 650 MPa. Geometrie externích svazků 4 přitom odpovídá parabole druhého stupně s rozpětím L = 63,0 m a vzepětím f = 1,38 m. Osa externích svazků 4 lan uprostřed rozpětí lávky je s ohledem na velikost dodatečně osazené chráničky cca 60 mm pod spodním povrchem segmentů 3. Vzdálenost osy svazků 4 od spodního povrchu segmentů 3 se směrem k oběma opěrám 2 zvětšuje, což je dáno polohou svazků 4 uprostřed lávky a polohou kanálů 8 v opěrách 2. Propojení svazků 4 lan se segmenty 3 lávky je provedeno prostřednictvím ocelových distančních vzpěr, které jsou instalovány v každé spáře mezi segmenty 3. Výška vzpěry odpovídá vzdálenosti externího svazku 4 lan od daného segmentu a je dána rozdílnou křivostí paraboly předpjatého pásu 1 a paraboly externího předpětí.Two bundles of 4 ropes forming an external prestress are located under the cable trays of the original supporting ropes. In total, these are 2 x 18 ropes of 15.7 mm (Y1860-S7-15.7 mm) tensioned to a voltage of 650 MPa. The geometry of the external bundles 4 corresponds to a second-degree parabola with a span L = 63.0 m and a span f = 1.38 m. The axis of the external bundles 4 ropes in the middle of the footbridge span is approx. 60 mm below the bottom surface of the segments 3. The distance of the axis of the bundles 4 from the lower surface of the segments 3 increases towards both abutments 2, which is due to the position of the bundles 4 in the middle of the footbridge and the position of the channels 8 in the supports 2. The connection of the rope bundles 4 to the footbridge segments 3 is made by means of steel spacers. installed in each joint between the segments 3. The height of the strut corresponds to the distance of the external bundle of 4 ropes from the given segment and is given by the different curvature of the parabola of the prestressed belt 1 and the parabola of the external prestress.

Montážní práce se provádějí pomocí montážních plošin zavěšených na lávce s možností jejich přesunu po lávce. U opěr 2 je třeba postavit pracovní plošiny pro vrtání kabelových kanálů 8, pro nástup na montážní plošiny a pro zřízení bednění betonových desek 6. Kabelové kanály 8 se vrtají diamantovou technologií s výplachem vodou za použití vrtacího suportu pro dodržení osy vrtání.Assembly work is performed using assembly platforms suspended on the footbridge with the possibility of moving them along the footbridge. At the supports 2 it is necessary to build work platforms for drilling the cable ducts 8, for boarding the assembly platforms and for setting up the formwork of the concrete slabs 6. The cable ducts 8 are drilled with diamond flushing technology using a drilling support to maintain the drilling axis.

Podél bočních stran opěr 2 a na jejich zadní straně se provedou výkopy pro přizdívku 7. Přizdívka 7 je vyztužena betonářskou výztuží a předpínací výztuží pro zesílení lávky. V blízkosti opěr 2 se vytvoří betonové desky 6 - deviátory, viz obr. 5 až 7, které umožňují překřížení obou svazků 4 lan a kompenzují příčné síly, jež jsou důsledkem přechodu svazků z rovnoběžné polohy do jejich překřížení. Lana 5 obou svazků 4 jsou po průchodu kanály 8 kotvena zapouzdřeným (poplastovaným) kotevním systémem v přizdívkách 7. Předepnutí se předpokládá postupné, a to synchronizovanou dvojicí dutých jednolanových napínacích lisů. Předepnutí se provede až po vyplnění kapotáže 9 injektáží, po vybetonování desek 6 a po vybetonování přizdívek 7 okolo původních opěr 2.Along the lateral sides of the abutments 2 and on their rear side, excavations are made for the nickname 7. The nickname 7 is reinforced with concrete reinforcement and prestressing reinforcement to reinforce the footbridge. In the vicinity of the supports 2, concrete slabs 6 are formed - deviators, see Figs. 5 to 7, which allow the two bundles 4 of ropes to cross and compensate for the transverse forces which result from the transition of the bundles from the parallel position to their crossing. The ropes 5 of both bundles 4 are anchored after passing through the channels 8 by an encapsulated (plastic-coated) anchoring system in the grips 7. The prestressing is assumed to be gradual, by a synchronized pair of hollow single-rope tensioning presses. The prestressing is carried out only after the bonnet 9 has been filled with grouting, after the slabs 6 have been concreted and after the constructions 7 have been concreted around the original supports 2.

Předpokládá se, že externí předpětí vedené pod stávající konstrukcí vytvoří „záchrannou síť“, která v případě poškození stávající konstrukce zadrží fragmenty konstrukce a zamezí náhlému selhání visutého pásu. Výsledkem pak bude jen nadměrná deformace, nikoli však zřícení celé konstrukce.It is assumed that the external prestress under the existing structure will create a "safety net" which, in the event of damage to the existing structure, will retain fragments of the structure and prevent a sudden failure of the suspension belt. The result will be only excessive deformation, but not the collapse of the entire structure.

Claims

PATENT CLAIMS

Reinforcement of a suspension strip (1) of a bridge structure by external prestressing formed by a pair of bundles (4) of prestressing ropes, on which a bridge structure rests by means of two rows of struts, characterized in that the rope bundles (4) are crossed in front of their ends. slabs (6), the ends of the ropes (5) projecting from the slab (6) being anchored in concrete reinforced linings (7) formed on the sides of the original abutments (2) of the bridge.

Suspension reinforcement according to claim 1, characterized in that the compact reinforced concrete lining (7) surrounds the original support (2) from the sides and the back.

Suspension reinforcement according to claim 1, characterized in that the ends of the rope bundles (4) are guided from the slab (6) into the reinforced concrete lining (7) by channels (8) drilled in the corners of the original support (2).

Suspension reinforcement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the ropes (5) of one bundle (4) pass between the ropes (5) of the other bundle (4) at the intersection of the rope bundles (4).

Suspension reinforcement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the rope bundles (4) are provided with a protective bonnet (9) made of corrosion-resistant material, the inner space of the bonnet (9) being filled with self-compacting plastic concrete (10).