مطالعه تجربی رفتار چرخه ای پایه های پل بتنی مسلح با خوردگی غیر یکنواخت

Experimental study on the cyclic behavior of reinforced concrete bridge piers with non-uniform corrosion

چکیده

1. مقدمه

2. برنامه آزمایشی

2.1. جزئیات نمونه

2.2. خوردگی الکتریکی شتاب یافته

2.3. تجهیزات آزمایشی و پروتکل بارگذاری

3. نتایج تجربی

3.1. مشاهده تجربی

3.2. منحنی‌های هیسترتیک

3.3. ظرفیت و شکل پذیری مقاومت جانبی

3.4. اتلاف انرژی

3.5. انحنا

4. نتیجه گیری

منابع

چکیده

پل های ساحلی در معرض محیطهای دریایی همیشه در امتداد ارتفاع پایه دچار خوردگی غیر یکنواختی می‌شوند. با افزایش خوردگی غیر یکنواخت، خواص مصالح پایه پل در منطقه پاشش آب و جزر و مد به طور قابل توجهی تنزل می‌یابد و بر عملکرد لرزه‌ای آن تأثیر می‌گذارد. در این مطالعه، چهار نمونه پایه پل مقیاس بندی شده، طراحی و ساخته شدند. این نمونه‌ها در معرض سطوح مختلفی از خوردگی الکتریکی شتاب یافته در منطقه پیشنهادی پاشش آب و جزر و مد قرار گرفتند. سپس، تست بار چرخه‌ای بر روی چهار نمونه از پایه‌های پل انجام شد. رفتار هیسترتیک، ظرفیت بارگذاری، شکل پذیری، ظرفیت اتلاف انرژی و انحنای میانگین هر نمونه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مشخص شد که با افزایش سطح خوردگی، ظرفیت بار، شکل پذیری و مصرف انرژی تجمعی نمونه‌ها کاهش پیدا می‌کند. وقتی خوردگی به اندازه کافی شدید باشد، محل مفصل پلاستیک از پایین پل به منطقه خورده شده تغییر می‌یابد.

1. مقدمه

در سالهای اخیر، چین در زمینه ساخت پلهای ساحلی یک جهش رو به پیشرفت داشته است. با این حال، پلهای ساحلی معمولاً برای دوره‌های زمانی قابل توجه در معرض محیط‌های نامساعد قرار گرفته‌اند. مشکل خوردگی آرماتوربندی فولادی ناشی از نفوذ کلرید، بارزتر شده است. نفوذ مداوم کلرید، سطح آرماتور (1)، مقاومت مصالح (2،3) و پیوند بین آرماتور و بتن (4) را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، با توجه به اینکه بیشتر مناطق چین در معرض خطر زلزله هستند، پلهای ساحلی ممکن است با تهدید دوگانه شرایط نامساعد محیطی و زلزله مواجه شوند. پایه‌های پل اعضای اصلی باربر سازه‌های پل هستند، و تخریب شدید آنها باعث کاهش عملکرد لرزه‌ای پل‌های ساحلی می‌شود (5). برای اطمینان از ایمنی پلهای ساحلی، بررسی عملکرد لرزه‌ای پایه‌های خورده شده و ارائه پیشنهادات مناسب برای طراحی و بازسازی پلهای ساحلی امری ضروری است (6). 

4. نتیجه گیری

این مطالعه، خوردگی غیر یکنواخت پایه‌های پل ساحلی را در نظر گرفته است. چهار نمونه پایه پل با مقادیر مختلف خوردگی در ناحیه خوردگی پیشنهادی طراحی شدند و تست بار چرخه‌ای انجام شد. نتیجه گیری اصلی با توجه به نتایج آزمایش، به شرح زیر است:

(1) سه نمونه پایه پل با استفاده از تست خوردگی الکتریکی شتاب یافته، دچار خوردگی شدند. با مقایسه میانگین درصد واقعی اتلاف جرم در هر نمونه با نرخ خوردگی هدف، تست خوردگی الکتریکی شتاب یافته می‌تواند نرخ خوردگی نسبتاً ایده آلی را  در این تست بدست آورد. 

(2) در مقایسه با نمونه خورده نشده، نمونه‌های خورده شده عملکرد هیسترزیس ضعیفی را نشان دادند که در آن بار پیک تا 23.3 % و شکل پذیری تا 45 % کاهش یافته بود. و مصرف انرژی تجمعی نیز از 16.9kN⋅m به 1.8kN⋅m تنزل یافته بود. 

Abstract

Coastal bridges exposed to the marine environment always suffer from non-uniform corrosion along the pier height. As the non-uniform corrosion increase, the material properties of the pier in the splash and tidal zone deteriorates significantly, affecting the seismic performance of the pier. In this study, four scaled bridge pier specimens were designed and fabricated. These specimens were subjected to different level of electrical accelerated corrosion in the proposed splash and tidal zone. Then, the cyclic load tests were conducted on the four bridge pier specimens. The hysteretic behavior, loading capacity, ductility, energy dissipation capacity and mean curvature of each specimen were analyzed. It was found that with increasing corrosion level, the load capacity, ductility and cumulative energy consumption of the specimens decreased. When the corrosion was severe enough, the location of the plastic hinge will transfer from the pier bottom to the corroded zone.

1. Introduction

In recent years, China has made a developmental leap in coastal bridge construction. However, the coastal bridges are usually exposed to harsh environments for significant periods of time. The problem of steel reinforcement corrosion caused by chloride penetration has become more prominent. The continuous chloride penetration will reduce reinforcement area[1], material strength [2,3], and bond between reinforcement and concrete[4] . Moreover, Due to most areas of China are at risk of earthquakes, coastal bridges may face a dual threat of harsh environmental conditions and earthquakes. Piers are the primary loadbearing members for bridge structures, and the severe deterioration of piers will reduce the seismic performance of coastal bridges [5]. To ensure the safety of coastal bridges, it is necessary to investigate the seismic performance of corroded piers and provide appropriate suggestions for the design and retrofit of coastal bridges [6] .

4. Conclusions

This study considers the non-uniform corrosion of coastal bridge piers. Four pier specimens with different corrosion levels in the proposed corrosion zone were designed and cyclic load test was performed. Based on the test results, the main conclusions are as follows:

(1) Three bridge pier specimens were corroded using the electrical accelerated corrosion test. Comparing the actual average mass loss percentage of the reinforcements of each specimen with the target corrosion rate, the electric accelerated corrosion test can obtain relatively ideal test corrosion rate.

(2) Comparing with the uncorroded specimen, the corroded specimens showed a poor hysteresis performance, of which the peak load decreased by up to 23.3% while the ductility down to 45% and the accumulated energy consumption decreased from 16.9kN⋅m to 1.8kN⋅m.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه تجربی رفتار چرخه ای پایه های پل بتنی مسلح با خوردگی غیر یکنواخت

Experimental study on the cyclic behavior of reinforced concrete bridge piers with non-uniform corrosion

مطالعه آزمایشی ستون پل بتن آرمه تقویت شده با روکش

Experimental study of a reinforced concrete bridge pier strengthened with HPFRC jacketing

چکیده

۱. اهمیت تحقیق

۲. مقدمه

۳. مطالعه موردی

۴. بررسی آزمایشی

4.1. طراحی مقاوم سازی پایه پل موجود

۴.۲. توصیف نمونه

3.۴. خواص مواد

۴.۴. برنامه آزمایشی

۴.۵. راه‌اندازی تست

۴.۶. پروتکل بارگذاری

۴.۷. ابزار

۵. نتایج آزمایشی

5.1. نمونه تقویت‌نشده

5.2. نمونه تقویت شده

۵.۳. ترک خوردگی و شکست

۵.۴. مقایسه بین پاسخ قبل و بعد از غلاف بندی

6. اظهارات پایانی

چکیده

در نتیجه تخریب مصالح، افزایش بارهای ترافیکی و کنش¬های لرزه‌ای، تعداد زیادی از پل‌های بتنی مسلح موجود، دیگر امن نیستند و ممکن است خطری برای جان انسان‌ها و استحکام شبکه راه‌ها باشند. جایگزینی این پل‌ها اغلب با توجه به هزینه تخریب و بازسازی علاوه بر هزینه‌های اجتماعی قطع ترافیک، عملی نیست. به عنوان جایگزینی برای تعویض(بازسازی) کل سازه، طول عمر بهره برداری یک پل می‌تواند با اتخاذ تکنیک‌های مقاوم‌سازی قابل‌اطمینان افزایش یابد. یکی از این روش‌های مقاوم سازی، غلاف بندی بتن تقویت شده با الیاف با عملکرد بالا (‏HPFRC) می باشد که به طور آزمایشی در این پروژه تحقیقاتی مورد بررسی قرار گرفت. طرح اختلاط HPFRC با هدف تولید مصالحی با عملکرد مکانیکی بالا و همچنین رئولوژی (علم جریان و تغییر شکل ماده) عالی مورد مطالعه قرار گرفت. در این مطالعه، پایه پل مورد مطالعه در معرض بارهای افقی چرخه‌ای (دوره ای) قبل و بعد از مقاوم سازی تا شکست قرار گرفت. نتایج آزمایشی نشان می‌دهد روکش HPFRC به طور قابل‌توجهی ظرفیت باربری پایه و همچنین شکل‌پذیری آن را افزایش داده‌است. غلاف بندی پاسخ سازه‌ای را از نظر کنترل ترک نیز افزایش داد که به طور قابل‌توجهی بر دوام سازه تاثیر می‌گذارد. 

۱- اهمیت تحقیق 

قبل از معرفی کدهای طراحی مدرن، عمر بهره برداری پل‌های بتنی مسلح (‏RC)‏ به صراحت توصیه نشده بود. در حال حاضر، بیش از ۵۰ سال پس از ساخت زیرساخت‌های بتن مسلح بزرگ (‏RC)‏ در بسیاری از کشورهای غربی، نگرانی عمده‌ای در سراسر جهان در مورد ایمنی و باقی مانده عمر بهره برداری آن‌ها به دلیل تخریب مصالح، افزایش بارهای ترافیکی و خطر زمین‌لرزه وجود دارد. ظرفیت باربری و تغییر شکل یک پل RC را می توان با استفاده از روش‌های مختلف مقاوم‌سازی افزایش داد. یکی از این تکنیک‌ها، غلاف بندی بتن تقویت شده با الیاف با عملکرد بالا (‏HPFRC)‏ است که مقاومت بهبود یافته در برابر اثرات زیست‌محیطی را فراهم می‌کند و در نتیجه عمر بهره برداری زیرساخت را افزایش می‌دهد. 

6- اظهارات پایانی

براساس مطالعه آزمایشی ارائه‌شده در اینجا، نتایج زیر را می توان به دست آورد:

1- کارایی روکش HPFRC به عنوان مقاوم‌سازی لرزه‌ای پایه پل به صورت آزمایشی نشان‌داده شده‌است. این روکش مبتنی بر یک لایه ۳۰ میلی‌متری خودمتراکم HPFRC اعمال‌شده بر روی پایه موجود ماسه پاشی شده بود؛ افزودن آرماتورهای طولی فولادی امکان اتصال بهتر روکش به پی را فراهم کرد. 

2- اگر چه یک لایه بسیار نازک روکش اعمال شد، ظرفیت خمشی نمونه تقویت‌شده با توجه به نمونه تقویت نشده، بیش از ۵۰ درصد افزایش یافت. شکست پایه مقاوم‌سازی شده پس از تسلیم آرماتورهای اضافی با جابجایی‌های قابل‌توجه، مطابق با دریفت ۳.۴ درصد حاصل شد. با این حال، جزئیات بهتر قسمت پایین ‏ستون، با برخی میلگردهای محصور کننده، ظرفیت باربری اضافی و شکل‌پذیری المان را فراهم می‌کند.

3- سختی جانبی نمونه تقویت‌شده با توجه به پاسخ الاستیک المان تقویت نشده، حدود ۵۰ درصد افزایش یافت. 

۴- یک الگوی ترک پخش‌شده با ترک‌های بسیار کوچک (‏کوچک‌تر از ۰.۲ میلی متر در دریفت ۱ درصد) ‏بر روی سطح روکش HPFRC مشاهده شد. 

۵- انتظار می‌رود که دهانه ترک کوچک‌تر، علاوه بر تخلخل بسیار پایین ماتریس بتن، به طور قابل‌توجهی دوام سازه موجود را افزایش دهد در نتیجه عمر بهره برداری جدید و طولانی تری را فراهم می‌کند.

Abstract

As a consequence of material degradation, increasing traffic loads and seismic actions, a large number of existing reinforced concrete bridges are no longer safe and may represent a risk for human lives and for the robustness of the road network. Replacement of these bridges is often not practical given the cost of demolition and rebuilding in addition to the social costs of traffic interruption. As an alternative to the replacement of the entire structure, the service life of a bridge can be extended by adopting reliable strengthening techniques. Among these strengthening techniques is High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC) jacketing, which was experimentally investigated in this research project. The mix design of HPFRC was studied with the goal of producing a material with enhanced mechanical performance as well as excellent rheology. In this study, the bridge pier studied was subjected to cyclic horizontal loads both before and after strengthening, up to failure. Experimental results show that the HPFRC jacketing remarkably increased the bearing capacity of the pier as well as its ductility. The jacketing also enhanced the structural response in terms of crack control, which significantly governs the structural durability.

2- Introduction

Over the next few years, the number of Reinforced Concrete (RC) road infrastructures requiring repair or strengthening will rise in many Western countries since most of these infrastructures were built between the 50′s and 70′s in a completely different context in terms of traffic expectations and building codes. During the last 50 years, the number of vehicles and the traffic loads have significantly increased; in addition, seismic regulations were introduced in structural codes and have been continuously updated. Furthermore, exposure to aggressive environments for several years has caused material degradation. For these reasons, there is an extreme need to verify and to restore the structural safety of road infrastructures and, especially, of bridges [1]. In Italy, the recent collapses of the “Annone” overpass, completed in 1962 in Annone Brianza, and the “Polcevera” Viaduct (i.e. “Morandi” Bridge), completed in 1967 in Genoa, are catastrophic examples of this need.

6- Concluding remarks

Based on the experimental study herein presented, the following conclusions can be drawn:

1- The effectiveness of a HPFRC jacketing as seismic retrofitting of a bridge pier was experimentally demonstrated. The jacketing was based on a 30 mm layer of self-compacting HPFRC applied on a sand-blasted existing pier; the addition of longitudinal steel reinforcements allowed a better connection of the jacketing to the foundation.

2- Although a very thin layer of jacketing was applied, the flexural capacity of the strengthened specimen increased more than 50% with respect to the un-strengthened specimen. Failure of the retrofitted pier was reached after yielding of the additional reinforcement with appreciable displacements, corresponding to a drift of 3.4%. However, a better detailing of the base section, with some confining rebars, would have provided additional bearing capacity and ductility to the element.

3- Lateral stiffness of the strengthened specimen was increased by approximately 50% with respect to the elastic response of the unstrengthened element.

4- A diffused crack pattern with very small cracks (smaller than 0.2 mm at 1% drift) was observed on the surface of HPFRC jacketing.

5- The smaller crack opening, in addition to the very low porosity of the concrete matrix, are expected to significantly enhance the durability of the existing structure, thus providing a new and longer service life.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه آزمایشی ستون پل بتن آرمه تقویت شده با روکش

Experimental study of a reinforced concrete bridge pier strengthened with HPFRC jacketing

اندازه گیری فرکانس های پل توسط وسیله نقلیه آزمایشی در حالت های متحرک و بدون حرکت

Measuring bridge frequencies by a test vehicle in non-moving and moving states

چکیده

1.مقدمه

2. توصیف پل مورد آزمایش

3. اندازه گیری سنسورهای نصب شده در سطح پل

1.3. چیدمان نقاط اندازه‌گیری

2.3.نتیجه ی اندازه گیری مستقیم

4. طراحی وسیله نقلیه آزمایشی

1.4. توصیف وسیله ی ازمایشی

5. اندازه‌گیری توسط وسیله آزمایش در حالت بدون حرکت

6. پاسخ نقطه تماس خودروی ازمایشی

7. اندازه گیری توسط وسیله نقلیه آزمایشی در حالت متحرک

1.7. ازمایش جاده مسطح برای فرکانس خودرو در حالت حرکت

2.7. مطالعات موردی برای استخراج فرکانس‌های پل

8. نتایج

چکیده

این مقاله نتایج اندازه‌گیری فرکانس‌های پل توسط یک وسیله آزمایشی در حالت‌های بدون حرکت و در حال حرکت را نشان می‌دهد. وسیله ی نقلیه ی آزمایشی خود ساخته که مجهز به سنسورهای ارتعاش می باشد یک تریلر دو چرخ است که عمدا برای شبیه‌سازی سیستم یک درجه آزادی نظری مورد استفاده قرار می‌گیرد. پل دو دهانه انتخاب‌شده در دانشکده ی دانشگاه Chongqing قرار دارد. برای مقایسه، فرکانس پل در ابتدا با استقرار مستقیم سنسورهای ارتعاش بر روی پل اندازه‌گیری شد. خواص دینامیکی وسیله ی نقلیه ی ازمایشی در حالت بدون حرکت، از جمله انتقال پذیری، به طور مفصل و با جزییات بررسی شده است. براساس پاسخ اندازه‌گیری شده ی بدنه خودرو، پاسخ نقطه تماس وسیله نقلیه با پل با استفاده از یک روش معکوس (backward) محاسبه شد که امکان حذف فرکانس وسیله نقلیه را فراهم می‌آورد. مشخص شد که وسیله نقلیه در حالت بدون حرکت می‌تواند به فرکانس‌های بیشتر پل نسبت به حالت در حال حرکت برسد. هم پاسخ‌های بدنه ی خودرو و هم نقطه تماس به خوبی با نتایج اندازه‌گیری مستقیم مطابقت دارند. اما پاسخ نقطه تماس بهتر از پاسخ بدنه خودرو عمل می‌کند که می‌تواند برای تشخیص فرکانس‌های اولیه پل، از جمله فرکانس پیچشی مورد استفاده قرار گیرد.

1. مقدمه

محدودیت‌های مقاومت پل‌های موجود را می توان با آزمایش‌های بار استاتیکی اعمال ‌شده تخمین زد، اما شرایط سلامتی آن‌ها باید با روش‌های مبتنی بر ارتعاش بهتر تشخیص داده شود. بیشتر کاربردهای مدرن داده‌های ارتعاش برای تشخیص صحت پل‌ها در دهه ۱۹۷۰ آغاز شد. اعتقاد بر این است که نظارت بر سلامتی سازه ی مبتنی بر ارتعاش برای سازه‌های حساس به فرسودگی و خطر مرتبط با آسیب‌های انباشته ضروری است. پارامترهای مودال مانند فرکانس‌ها، شکل‌های مد و نسبت‌های میرایی ویژگی‌های کلیدی هستند که بیشتر اوقات مورد توجه هستند. وضعیت سلامت یک پل را می توان از طریق تغییرات پارامترهای مودال شناخته‌شده برای پل تشخیص داد. به منظور به دست آوردن داده های ارتعاشی پل ،اثرات پدیده های طبیعی مانند ارتعاشات محیطی ، بارهای ضربه ای کامیون ، زمین لرزه ، جریان های ترافیک و حتی طوفان ها ، به عنوان محرک پل استفاده شده است. برخی از بررسی‌ها در مورد نظارت بر سلامت سازه ی مبتنی بر ارتعاش با استفاده از داده‌های ارتعاشی جمع‌آوری‌شده از پل در مراجع 11-13 موجود است.

8. نتایج

در این مقاله، از یک وسیله ی نقلیه ی آزمایشی خود ساخته برای اندازه‌گیری فرکانس یک پل در هر دو حالت بدون حرکت و در حال حرکت استفاده شده‌است. ماشین آزمایشی خود ساخته مجهز به سنسورهای ارتعاش یک تریلر دو چرخه است که عمدا برای شبیه‌سازی سیستم یک درجه آزادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پل دو دهانه ی انتخاب شده در دانشکده ی دانشگاه چونگ کینگ واقع شده است. با توجه به عدم وجود داده های سازه ای برای پل ، نتایج بدست آمده توسط وسیله ی نقلیه ی آزمایشی با نتایج بدست آمده از طریق اتصال سنسورهای ارتعاش روی سطح پل مقایسه شد. با یک روش جایگزینی معکوس ، پاسخ نقطه تماس خودرو با سطح پل از پاسخ اندازه گیری شده ی  بدنه ی ماشین  محاسبه شد.

Abstract

This paper presents the measurement results of bridge frequencies by a test vehicle in non-moving and moving states. The self-made test vehicle fitted with vibration sensors is a two-wheel trailer, intentionally used to simulate the theoretical single degree-of-freedom system. The two-span bridge selected is located in the Chongqing University campus. For the purpose of comparison, the bridge frequencies were firstly measured by direct deployment of vibration sensors on the bridge. The dynamic properties of the test vehicle in the non-moving state, including the transmissibility, are examined in detail. Based on the measured car-body response, the contact-point response of the vehicle with the bridge was calculated by a backward procedure that allows the vehicle frequency to be eliminated. It was found that the vehicle in the non-moving state can catch more bridge frequencies than in the moving state. Both the car-body and contact-point responses agree well the results by direct measurement. But the contact-point response performs better than the car-body response, which can be used to detect the first few frequencies of the bridge, including the torsional frequency.

1. Introduction

The strength limits of existing bridges can be estimated by the static applied load tests, but their health conditions should better be detected by the vibration-based methods. Most modern applications of the vibration data for detecting the soundness of bridges began in the 1970s [1–3]. It is believed that vibration-based structure health monitoring is necessary for structures susceptible to ageing and the associated risk of accumulated damages [4,5]. Modal parameters such as frequencies, mode shapes and damping ratios are the key characteristics that are of concern most of the time. The health condition of a bridge can be diagnosed through the variation of the modal parameters identified for the bridge. In order to obtain the vibration data of the bridge, the effects of natural phenomena, such as ambient vibrations [1,2], truck impact loads [6], earthquakes [7], traffic flows [8,9] and even typhoons [10], have been utilized as excitations for the bridge. Some reviews of the vibration-based structure health monitoring using the vibration data collected from the bridge are available in Refs. [11–13].

8. Conclusions

In this paper, a self-made test vehicle is used to measure the frequencies of a bridge in both the non-moving and moving states. The self-made test vehicle fitted with vibration sensors is a two-wheel trailer, intentionally used to simulate the single-degree-of-freedom system that was theoretically adopted. The two-span bridge selected is located in the Chongqing University campus. Due to lack of structural data for the bridge, the results obtained by the test vehicle were compared with those obtained through attachment of vibration sensors on the bridge surface. By a backward procedure, the contact-point response of the vehicle with the bridge surface was calculated from the measured car-body response.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اندازه گیری فرکانس های پل توسط وسیله نقلیه آزمایشی در حالت های متحرک و بدون حرکت

Measuring bridge frequencies by a test vehicle in non-moving and moving states

رفتار و طراحی ترانسفورم فولادی – بتنی پیش ساخته کامپوزیتی برای کاربرد پل راه آهن

Behaviour and design of composite steel and precast concrete transom for railway bridge application

چکیده

1.مقدمه

2. مطالعه ازمایشی

3. مدل آلمان محدود

1.3. ویژگی‌های مصالح

2.3. نوع المان و مش بندی

3.3. اندرکنش تماس

4.3. شرایط بارگذاری

5.3. شرایط مرزی

4. نتایج و بحث

1.4. transom تقویت شده ی معمولی با گل میخ های برشی جوش داده شده (CRW)

2.4. transom های تقویت شده ی معمولی با پیچ های AJAX (CRA)

3.4. transom معمولی تقویت شده با پیچ های Lindapter (CRL)

4.4. مطالعه مقایسه ای

5. نتیجه‌گیری

چکیده

در حال حاضر بیشتر پل‌های راه‌آهن در استرالیا نیاز به تعویض مداوم دستگاه‌های انتقال الوار چوبی دارند که در سیستم راه‌آهن قرار دارند. تیر های (transom ) کامپوزیتی متشکل از فولاد و بتن مسلح پیش‌ساخته به عنوان جایگزینی برای الوارهای چوبی فعلی پیشنهاد شده‌اند. این مقاله به تشریح مزایای سازه ای transoms کامپوزیتی فولادی-بتنی برای خطوط بدون بالاست در هنگام مقاوم‌سازی برای پل‌های فولادی راه‌آهن موجود می‌پردازد. با این حال، در مطالعات موجود، مشخص شده‌است که تحقیقات کمی در مورد تاثیر خروج از خط ریل بر روی بارگذاری transoms  بتن مسلح وجود دارد. بنابراین، این مقاله به بررسی تاثیر خروج از خط ریل روی transoms  بتن مسلح پیش‌ساخته می‌پردازد. این مقاله در اینجا به بررسی خارج شدن از ریل یک transoms ناشی از بارگذاری ضربه ای قطار از طریق آزمایش تجربی و  تحلیل عددی transoms  بتن مسلح معمولی می‌پردازد. این مقاله همچنین استفاده بالقوه از ۳ اتصال‌ برشی مختلف را ارزیابی می‌کند که عبارتند از: گل میخ های برشی جوش داده‌شده، پیچ‌های Lindapter  و پیچ‌های آژاکس. نتایج تست‌های ازمایشی و مدل‌های آلمان محدود برای تعیین این که آیا هر پنجره یک گزینه مناسب برای جایگزینی transom الوار چوبی فعلی روی پل‌های موجود در استرالیا است و اینکه آیا آن‌ها راه حلی قوی‌تر و طولانی‌تر برای مساله انتقال جریان فراهم می‌کنند یا خیر، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

1- مقدمه

transom ها یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم راه‌آهن هستند. آن‌ها به عنوان آلمان‌های حمل بار یک پل راه‌آهن طراحی شده‌اند که در زیر شاهراه قرار دارند و بارهای راه‌آهن را به خرپاها و تیرکها منتقل می‌کنند. transom های الوار چوبی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند اما مستعد تخریب بیولوژیکی و شیمیایی هستند. این کار عمر خدمت آن‌ها را کاهش می‌دهد و نیاز به تعمیر و نگهداری و تعویض مکرر دارد. به منظور تحقق بخشیدن به تبلیغات  برای استفاده کردن از مواد پایدارتر ، مواد جایگزین مانند پانل های بتنی- فولادی کامپوزیتی شروع به اجرا و توسعه ی بیشتری می کنند. دلیل آن این است که کامپوزیت فولاد – بتن ماده‌ای را فراهم می‌کند که از بهترین ویژگی‌های هرالمان به صورت تکی که مقاومت بالاتر، عمر طولانی خدمات و انعطاف‌پذیری در طراحی را فراهم می‌کند، استفاده می‌کند.

5- نتیجه‌گیری

سه transoms به طور ازمایشی تست شدند و مدل‌سازی شدند تا رفتار شکست دقیق transoms  و امکان جایگزینی transoms  چوبی فعلی که در شبکه پل راه‌آهن فولادی موجود قرار دارند را تعیین کنند. transoms ها با استفاده از سه نوع اتصال دهنده برشی متفاوت برای تحلیل تغییر در مقاومت این اتصالات برشی. بررسی شدند که عبارت بودند از: پیچ AajX، گل میخ های برشی با سر جوش داده شده و پیچ Lindapter.

نتایج زیر از تحقیقات ارایه‌شده در این مقاله به دست آمده‌است:

1- هیچ نشانه‌ای از شکست قابل‌توجه در transom بتنی یا سازه فولادی موجود در تحلیل های تجربی یا عددی مشاهده نشد.

Abstract

Currently most railway bridges in Australia require the frequent replacement of the timber transoms that reside in the railway system. Composite steel and precast reinforced concrete transoms have been proposed as the replacement for the current timber counterparts. This paper outlines the structural benefits of composite steel-concrete transoms for ballastless tracks when retrofitted to existing railway steel bridges. However, in existing studies, it is found that there is little investigation into the effect of derailment loading on reinforced concrete transoms. Therefore, this paper provides an investigation of derailment impact loading on precast reinforced concrete transoms. The paper herein investigates the derailment impact loading of a train through experimental testing and numerical analysis of conventional reinforced concrete transoms. The paper also evaluates the potential use of 3 different shear connectors; welded shear studs, Lindapter bolts and Ajax bolts. The results of the experimental tests and finite element models are used to determine whether each transom is a viable option for the replacement of the current timber transoms on the existing bridges in Australia and whether they provide a stronger and longer lasting solution to the current transom problem.

1- Introduction

Transoms are one of the most important components of a railway system. They are designed as load carrying elements of a railway bridge which span under the roadway and transfer the railway loads to the trusses and beams. Current timber transoms are the most commonly used however they are susceptible to biological and chemical degradation. This reduces their service life and requires frequent maintenance and replacement. In order to fulfill the current promotion of more sustainable material, alternative materials such as composite steel-concrete panels are starting to be implemented more. The reason being that composite steel-concrete provide a material which utilises the best attributes of each individual element providing higher strength, long service life and flexibility in design.

5- Conclusions

Three transoms were experimentally tested and modelled to determine the detailed failure behaviour of the transom and the feasibility in replacing the current timber transoms that reside on the existing steel railway bridge network. The transoms were varied using three different types of shear connectors: AJAX bolts, welded headed shear studs and Lindapter bolts to analyse the change in strength given by these shear connectors. The following conclusions were obtained from the research presented herein:

1- No signs of significant failure within the concrete transom or existing steel structure were observed for either the experimental or numerical analysis.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

رفتار و طراحی ترانسفورم فولادی – بتنی پیش ساخته کامپوزیتی برای کاربرد پل راه آهن

Behaviour and design of composite steel and precast concrete transom for railway bridge application

مطالعه تجربی بر روی پل های کامپوزیتی بتنی-فولادی دارای دوشاه تیر I شکل

Experimental Study on Steel–Concrete Composite Twin I-Girder Bridges

چکیده

معرفی

برنامه آزمایشی

نمونه آزمایشی

ابزارهای دقیق جهت انجام ازمایش

روند اماده سازی ازمایش و بارگذاری

ویژگی‌های مصالح

نتایج تست و بحث

پاسخ بار- تغییرمکان

کرنش در شاه تیرهای اصلی فولادی:

کرنش در دال بتنی

کرنش در تیرهای عرضی

نتایج کرنش در اتصال دهنده های برشی

نکات پایانی(نتایج):

چکیده

تعداد زیادی از پل های کامپوزیتی بتنی- فولادی دارای دو شاه تیر I شکل هم در اروپا و هم در ژاپن ساخته شده‌اند، اما عدم فراوانی انها همواره نگرانی در ایالات‌متحده و بسیاری از کشورهای دیگر بوده‌است. علاوه بر این، مطالعات ازمایشی بسیار کمی بر روی عملکرد مکانیکی چنین پل‌هایی، به ویژه برای پل‌های دارای دو شاه تیر I شکل سالم انجام شده‌است. در این زمینه، یک نمونه از پل های کامپوزیتی بتنی- فولادی دارای دو شاه تیر I شکل  مطابق با مشخصات طراحی پل بزرگراه فعلی در ژاپن طراحی شده‌است. آزمایش‌های بارگذاری استاتیکی انجام شد و دو شرایط بارگذاری شامل بارگذاری متقارن و بارگذاری نامتقارن اعمال شد. رابطه بار بر حسب خیز و توسعه کرنش بر روی تیرهای اصلی فولادی و دال بتنی در بخش‌های(مقاطع) کلیدی اندازه‌گیری شد. کرنش‌های خمشی بر روی تیر جانبی نیز در این مقاله برای تایید انتقال بار بین دو شاه تیر اصلی اندازه‌گیری و گزارش شده‌است. به علاوه، کرنش برشی اتصالات برشی(گل میخ ، در این مطالعه) نیز برای بررسی انتقال نیروی برشی بر روی سطح مشترک بتنی- فولادی اندازه‌گیری شد. مقادیر نظری نیز برای مقایسه با نتایج ازمایشی از نمونه های شاه تیر تحت شرایط بارگذاری متقارن ارایه شدند. نتایج ازمایشی نشان می‌دهد که تحلیل نظری می‌تواند رفتار دو شاه تیر I شکل  را به خوبی در مرحله الاستیک با در نظر گرفتن عرض موثر دال پیش‌بینی کند. عملکرد هر مولفه ی سازه‌ای و مسیر انتقال بار در چنین پل‌هایی نیز مورد بحث قرار گرفت.

معرفی

پل‌های دارای چند شاه تیر، همانطور که در شکل ۱(‏a)‏ نشان‌داده شده‌است، یکی از متداول‌ترین انواع پل های کامپوزیتی با دهانه متوسط هستند، که می‌تواند برای یک دهانه واحد یا برای چند دهانه پیوسته مورد استفاده قرار گیرد. به ویژه در جایی که عمق ساخت‌وساز محدود است، موثر است. در پل‌های دارای چند شاه تیر، تعدادی از تیر ورق های طولی با اندازه مشابه در فواصل یکسان در عرض پل قرار داده می‌شوند. دهانه های دال عرشه به طور عرضی بین شاه تیرهای طولی و کنسول های عرضی در خارج از شاه تیرهای خارجی قرار گرفته‌است (‏صراف و همکاران ۲۰۱۳)‏. شاه تیرها در کنار یکدیگر و در برخی موقعیت‌های میانی محکم شده‌اند. عمل کامپوزیت بین عرشه ی دال بتن مسلح و شاه تیرهای طولی با استفاده از اتصالات برشی جوش داده‌شده به بال های بالایی شاه تیرهای فولادی به دست می‌آید. از آنجا که پل های دارای دو شاه تیر I شکل براساس ویژگی‌های آشتو(AASHTO) (‏۲۰۱۲)‏به عنوان سازه‌های غیر اضافی(نامعین) طبقه‌بندی می‌شود، 

نکات پایانی(نتایج)

آزمایش‌های بارگذاری استاتیکی بر روی مدل پل دارای دو شاه تیر کامپوزیتی فولادی – بتنی سالم انجام شد. آزمایش‌های بارگذاری استاتیکی تفصیلی شامل پاسخ بار – جابجایی و روابط بار – کرنش بر روی شاه تیر فولادی، دال بتنی، اتصالات برشی گل میخ و تیرهای عرضی در این مقاله گزارش و به دقت مورد بررسی قرار گرفته‌است. دو شرایط بارگذاری شامل بارگذاری متقارن و بارگذاری نامتقارن در تست بارگذاری اعمال شدند. با توجه به نتایج ارایه‌شده در اینجا، نتایج و توصیه‌های زیر ارایه می‌شوند:

• نتایج تئوری مطابق با تئوری طراحی الاستیک رایج تعیین می‌شوند که شامل  تغییرمکان ها در مقاطع مختلف و کرنش ها در اعضای مختلف است و با نتایج تست به خوبی مطابقت دارد. بنابراین، پل‌های دارای دو شاه تیراصلی I شکل را میتوان با توجه به روش طراحی پل فعلی به خوبی طراحی کرد.

Abstract

A large number of steel–concrete composite twin I-girder bridges have been built in both Europe and Japan, but the lack of redundancy has always been a concern in the US and many other countries. In addition, very few experimental studies have been performed on mechanical performance of such bridges, particularly for the intact twin I-girder bridges. On this background, a steel–concrete composite twin I-girder bridge specimen was designed according to the current highway bridge design specification in Japan. Static loading tests were performed, and two loading conditions including both symmetric loading and asymmetric loading were applied. The load versus deflection relationship and strain development on the steel main girders and concrete slab at key sections were measured. The flexural strains on the lateral beam were also measured and reported in this paper to confirm the load transfer between two main girders. In addition, the shear strain of shear connectors (stud, in this study) was also measured to investigate the shear force transmission on the steel–concrete interface. The theoretical values were also provided to compare with the test results from the twin girder specimen under symmetric loading condition. The experimental results indicate that the theoretical analysis can predict the behavior of the twin girders very well in the elastic stage by considering the effective width of the slab. The performances of each structural component and load transfer path in such bridges were also discussed.

Introduction

Fig. 1(a), Multigirder bridges, as shown in are one of the most common types of medium-span composite bridge, which can be used for a single span or for continuous multiple spans, and it is particularly effective where construction depth is limited. In multigirder bridges, a number of similarly sized longitudinal plate girders are arranged at uniform spacing across the width of the bridge. The deck slab spans transversely between the longitudinal girders and cantilevers transversely outside the outer girders (Sarraf et al. 2013). The girders are braced together at supports and at some intermediate positions. Composite action between the reinforced concrete deck slab and the longitudinal girders is achieved by means of shear connectors welded on the top flanges of the steel girders. Because twin girder bridges are classified as nonredundant structures according AASHTO (2012) specifications, their construction was rather limited in the US and many other countries. Recently, however, the two-girder steel–concrete composite bridges have been widely used in practice in several other countries, like Japan. 

Concluding

Remarks Static loading tests were performed on an intact steel–concrete composite twin girder bridge model. Detailed static loading tests involving load–displacement response and load–strain relationships on the steel girder, concrete slab, stud shear connectors, and cross beams were reported and examined carefully in this paper. Two loading conditions including both symmetrical loading and asymmetrical loading were applied in the loading test. From the results presented herein, the following conclusions and recommendations are made:

• The theoretical results determined according to the current elastic design theory, including both displacements on different sections and strains on different members, agree well with the test results. Therefore, twin I-girder bridges can be designed appropriately according to the current bridge design method.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه تجربی بر روی پل های کامپوزیتی بتنی-فولادی دارای دوشاه تیر I شکل

Experimental Study on Steel–Concrete Composite Twin I-Girder Bridges

اندازه گیری کمی روش های عمل آوری برای عرشه های بتنی پل ها

Quantitative measurements of curing methods for concrete bridge decks

چکیده

1. مقدمه

2. روش های تجربی

2.1 مصالح، نسبت مخلوط و روش ها

2.2 آماده سازی نمونه، ریختن در قالب و عمل آوری

2.3 اندازه گیری وزن از دست رفته

2.4 قرار گیری در آب آهک

2.5 قرارگیری در محلول NaCl

2.6 μXRF

2.7 نمونه برداری و آزمایشات میدانی

3. نتایج و بحث

3.1 آزمون های آزمایشگاهی

3.2 نمونه های میدانی

3.3 ملاحظات عملی

4. نتیجه گیری

چکیده

این مقاله مقایسه ای کمی را از چگونگی اثرگذاری روش های مختلف عمل ¬آوری روی سرعت خشک شدن، و نفوذ آب آهک و کلرید به بتن انجام می دهد. کار آزمایشگاهی به منظور بررسی ترکیب بتن عرشه پلی مورد استفاده قرار گرفته است که توسط دو روش مختلف عمل آوری شده است، یعنی عمل آوری مرطوب در طول های متفاوت، و پس از آن بدون عمل آوری. نتایج حاکی از آن است که روش های عمل آوری مرطوب، به شکل موثرتری از ورود مواد شیمیایی خارجی جلوگیری می کنند. عمل آوری حتی برای یک روز، منجر به بهبود قابل توجهی نسبت به هم ترکیب عمل آوری و هم بدون عمل آوری شد. به منظور تایید یافته ها در این زمینه، 8 عرشه پل مورد بررسی قرار گرفتند که به وسیله ترکیب عمل آوری شده و یا به صورت مرطوب عمل آوری شده بودند. تحقیقات میدانی نتایج آزمایشات آزمایشگاه را تایید کرده و روی اهمیت عمل آوری مرطوب برای دوام طولانی مدت بتن تاکید می کند. این مقاله اطلاعات کمی مهمی را فراهم می کند که می توانند به منظور مقایسه این روش ها مورد استفاده قرار گرفته و به تصمیم گیری در رابطه با انتخاب روش های عمل آوری متفاوت و تاثیر آن بر عمر بتن کمک کنند.       

1- مقدمه

پس از ریختن بتن ضرورت دارد که برای هیدراته باقی ماندن آن، رطوبت کافی روی سطح بتن وجود داشته باشد [1]. به این فرایند عمل آوری می گویند [2]. حفظ رطوبت روی بتن واکنش گیرش برای ایجاد میکروساختاری مستحکم و پیچیده را بهبود می بخشد [1-3]. میکروساختاری پیچیده منجر به کاهش سرعت خشک شدن و ورود مایعات و یون های خارجی می شود. این بدان معنی است که عمل آوری می تواند دوام بلند مدت بتن را بهبود بخشد [4-6]. 

عمل آوری مرطوب به طور مکرر رطوبت را برای سطح بتن تامین می کند [1و2]. با این حال، چالش های در زمینه اجزای بتنی وجود دارد که از یک سمت خشک شدن آن ها اتفاق می افتد مانند خیابان ها [2و7و8]. به عنوان مثال، خیابان های بتنی در یک محیط گرم، می تواند از تفاوت بزرگ در میزان انقباض پس از پایان عمل آوری مرطوب آسیب ببیند که این امر منجر به بی ثباتی در ابعاد شده که به آن پیچش می گویند [9-13]. 

4- نتیجه گیری

این تحقیق به مقایسه کمی اثرات روش های عمل آوری مختلف روی میزان تبخیر در زمان خشک شدن، جذب رطوبت بعدی، و نفوذ Cl می پردازد که به افراد این امکان را می دهد تا تصمیم گیری کنند که روش های ساخت آن ها چگونه روی بتنشان تاثیر می گذارد. 

نتایج زیر را می توان بدست آورد:

• نمونه هایی که عمل آوری نشده بودند بدترین عملکرد را داشتند. 

• عمل آوری مرطوب به میزان قابل توجهی کاهش حجم در طی خشک شدن، افزایش حجم ناشی از جذب، و نفوذ محلول NaCl را کاهش داد. 

• با افزایش زمان عمل آوری مرطوب عملکرد بتن نیز در این آزمایش ها بهبود یافت، با این حال، برای این مصالح و این آزمایش بهبود اندکی پس از 7 روز مشاهده گردید. پیش از تغییر روش ها روش این نتایج باید برای طیف گسترده ای از مصالح مورد بررسی قرار گیرد.

Abstract

This paper gives a quantitative comparison of how different curing methods impact the rate of drying and subsequent penetration of lime water and chloride penetration of concrete. Laboratory work is used to investigate a bridge deck concrete mixture cured by two different curing compounds, wet curing of different lengths, and then no curing. The results confirm that wet curing methods reduce the ingress of external chemicals more effectively. The wet curing for even one day provided significant improvement over both curing compounds and no curing. To confirm the findings in the field eight bridge decks were investigated that were cured with a curing compound and wet curing. The field investigation confirms the findings of the laboratory testing and emphasizes the importance of wet curing for long term durability of concrete. This paper provides important quantitative data that can be used to compare these methods and help with making decisions about different curing practices and the impact on the service life of concrete.

1- Introduction

After casting concrete it is typically necessary to maintain sufficient moisture content on the surface to sustain hydration [1]. This process is called curing [2]. Maintaining the moisture in concrete promotes reaction of the binder to develop a torturous and strong microstructure [1–3]. A torturous microstructure will reduce the drying rate and the ingress of fluids and external ions. This means that curing can improve the long-term durability of concrete [4–6].

Wet curing continuously supplies moisture to the surface of the concrete [1,2]. However, there are challenges in curing concrete elements that dry from one side, such as pavements [2,7,8]. For example, concrete pavement in a dry environment can suffer from large differential drying shrinkage after the termination of wet curing which can lead to dimensional instability, called curling [9–13].

4- Conclusions

This work provides quantitative comparisons of the impact of different curing methods on the evaporation rate during drying, subsequent moisture uptake, and Cl penetration that can help practitioners decide how their construction practices impacts the durability of their concrete. The following conclusive remarks can be made:

– The samples that were uncured showed the worst performance of the investigated samples.

– Wet curing significantly reduced the mass loss during drying, mass gain from sorption, and the penetration of NaCl solution.

– As the wet curing was increased then so was the durability performance in these tests; however, there was a little improvement after 7 days of wet curing with these materials and in this testing. This finding should be investigated with a wider range of materials before changes in practice are made.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اندازه گیری کمی روش های عمل آوری برای عرشه های بتنی پل ها

Quantitative measurements of curing methods for concrete bridge decks

تیرآهن جعبه کامپوزیتی با خرپاها و تیغه های فولادی موج دار – نوع جدیدی از سازه پل

Composite box girder with corrugated steel webs and trusses – A new type of bridge structure

چکیده
1- مقدمه
2- نمونه های مهندسی
2-1 یک پل پیاده رو در استان هبی، چین
2-2- پل راه آهن پارک Maluanshan در شنژن، چین
3- تحقيقات تجربي در مورد رفتار خمشي تیرآهن هاي جعبه كامپوزيتي با CSWها و خرپاها
3-1- جزئیات میله آزمون
3-2- تنظیم بارگیری و ابزار
3-3- روش تست
3-4- نتایج و آنالیز
3-5- مقایسه با پل واقعی
4- خلاصه و نتیجه گیری

چکیده

تیرآهن های جعبه کامپوزیتی با خرپاها و تیغه های فولادی موجدار، نوع جدیدی از سازه پیشرفته پل است که اخیرا پیشنهاد شده است. این نوع سازه شامل یک دال بتنی بالا، تیغه های فولادی موج دار و دو لوله فولادی پر شده با بتن است که از طریق خرپاها به یکدیگر متصل شده اند. مقاومت در برابر پیچش و واژگونی این نوع سازه بیشتر از نوع پل های کامپوزیتی با یک تک لوله فولادی پر شده با بتن است. این نوع ساختار قادر است نیازهای ساخت سریع، حفاظت از محیط زیست و هزینه بهره وری را برآورده کند. دو پل با تیرآهن جعبه کامپوزیتی با خرپاها و تیغه های فولادی موج دار در چین ساخته شده یا در حال ساخت هستند. این مقاله طراحی این دو پل را با جزئیات کامل ارائه می دهد که شامل تجربیات مهندسی ارزشمند برای ارتقاء بیشتر این سازه جدید پل است. تحقيقات تجربی، برای مطالعه رفتار خمشی و ظرفيت خمشي اين سازه جديد پل انجام شده است. نتایج آزمون نشان می دهد که هنگامی که تیر آزمون در مرحله الاستیک است، اگر فقط کشش دال بتنی بالا و لوله های فولادی پایین در نظر گرفته شود، مقطع عرضی را می توان به عنوان یک بخش مسطح در نظر گرفت. تیر آزمایشی در تمام فرایند بارگذاری انعطاف پذیری خوبی نشان می دهد.

1- مقدمه

تیرآهن جعبه بتنی به علت سختی خمشی و پیچشی بالای آن، یکی از متداول ترین اشکال سازه برای پل ها است. با این حال با افزایش طول دهنه، وزن خود یک تیرآهن جعبه بتنی می تواند به سرعت افزایش می یابد، که این امر استفاده از آن در پل های دهانه دراز را محدود می کند [1]. یکی از امیدوار کننده ترین روش ها برای کاهش وزن خود پل ها، استفاده از سازه های کامپوزیتی بتنی-فولادی است. امروزه عمدتا سه نوع سازه پل کامپوزیتی فولادی-بتنی وجود دارد: پل های کامپوزیتی با تیر های فولادی و دال بتنی بالا، پل های کامپوزیتی با تیغه های فولادی (یا خرپاهای فولادی) و دال بتنی بالا و پایین، پل های کامپوزیتی با تیغه های فولادی (یا خرپا های فولادی) و دال بتنی بالا و پایین و پل های کامپوزیتی با دال بتنی بالا، خرپاهای فولادی و لوله فولادی پر شده با بتن در پایین (شکل (a)1).

4- خلاصه و نتیجه گیری

در این مقاله، پل با تیرآهن جعبه کامپوزیتی همراه با CSWها و خرپاها معرفی شده است. دو نمونه مهندسی پل پیاده روی و پل راه آهن با جزئیات کامل ارائه شده است. رفتار خمشی این نوع سازه به صورت آزمایشی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج زیر را می توان برای این مقاله در نظر گرفت.
(1) پل با تیرآهن جعبه کامپوزیتی همراه با CSWها و خرپاها یک سازه پل تازه پیشنهاد شده است. وزن خود سازه را می توان با استفاده از تیغه های فولادی موج دار و خرپا های پایین، به حداقل رساند. مواد مصرفی و هزینه ساخت پل کاهش یافته و ساخت و نگهداری پل ها ساده تر می شود. استفاده از این نوع پل ممکن است نیاز به ساخت سریع و صرفه جویی در هزینه را برآورده کند، بنابراین ارزش آن در سراسر جهان بالا رفته است.

Abstract

Composite box girders with corrugated steel webs and trusses is a new type of advanced bridge structure proposed recently. This kind of structure consists of a top concrete slab, corrugated steel webs and two bottom concrete-filled steel tubes connected by trusses. The resistance to torsion and overturning of this kind of structure is larger than that of composite bridges with a single concrete-filled steel tube. This kind of structure is able to satisfy the requirement of rapid construction, environment protection and cost effectiveness. Two composite box girder bridges with corrugated steel webs and trusses have been or are being constructed in China. This paper presents the design of these two bridges in detail, which will provide valuable engineering experience for the further promotion of this kind of new bridge structure. Experimental research has been carried out to study the flexural behavior and the flexural capacity of this kind of new bridge structure. The test results show that when the test beam is at the elastic stage, the cross-section can be viewed as a plane section if only the strains of the concrete top slab and the bottom steel tubes are considered. The test beam shows good ductility throughout the whole loading process.

1- Introduction

The concrete box girder is one of the most commonly used structure forms for bridges because of its large flexural and torsional stiffnesses. However, with the increase of span length, the self-weight of a concrete box girder may increase rapidly, which restricts its use in long-span bridges [1]. One of the most promising ways to reduce the self-weight of bridges is to adopt steel–concrete composite structures. Nowadays, there are mainly three types of steel–concrete composite bridge structures: composite bridges with steel beams and top concrete slab, composite bridges with steel webs (or steel trusses) and top and bottom concrete slabs, and composite bridges with top concrete slab, steel trusses and bottom concrete-filled steel tube (Fig. 1(a)).

4- Summary and conclusion

In this paper, the composite box girder bridge with CSWs and trusses has been introduced. Two engineering examples, including a footbridge and a viaduct, have been demonstrated in detail. The flexural behavior of this kind of structure has been experimentally investigated. The following conclusions can be drawn for the current paper. (1) The composite box girder with CSWs and trusses is a newly proposed bridge structure. With the use of corrugated steel webs and bottom trusses, the self-weight of the structure can be minimized. The consumed material and the cost for the bridge construction are reduced, and the bridge construction and maintenance can be simplified. The use of this kind of bridge may satisfy the requirement of rapid construction and cost saving, therefore it is worth being promoted around the world.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تیرآهن جعبه کامپوزیتی با خرپاها و تیغه های فولادی موج دار – نوع جدیدی از سازه پل

Composite box girder with corrugated steel webs and trusses – A new type of bridge structure

ارزیابی قابلیت اطمینان مدل یوروکد برای مربوط به ارزیابی خستگی پل های فولادی

Reliability evaluation of the Eurocode model for fatigue assessment of steel bridges

چکیده

1- معرفی

2- فرمت تایید یوروکُد

3- مدل احتمالاتی

3-1- عدم قطعیت ها

3-2- قابلیت اطمینان هدف

4- وزن در حال حرکت پل (Bridge weigh-in-motion) در سوئد

5- نتایج

5-1- ارزیابی خستگی قطعی

5-2- ارزیابی احتمالاتی خستگی

5-3- پیمایش

6- مباحثه

7- نتیجه گیری ها

منابع

چکیده

در کشورهای اروپایی، طراحی پل ها تحت مشخصات ایین نامه های اروپا (یوروکد) انجام میشود. برای تایید پل های فلزی در برابر خستگی، یک مدل ساده شده برپایه ی مدل بارگذاری وسیله ی نقلیه منفرد همراه با فاکتور لاندا (λ) برای تخمین رنج تنش وارده پیشنهاد داده شده است. از زمان ارائه ی کدهای اروپایی دقت این فرمت مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در این مقاله، یک مدل احتمالاتی برای ارزیابی خستگی پیشنهاد داده شده است که تخمین تاثیر بار به کمک اندازه گیری های روش وزن در حال حرکت پل ها (bridge weigh-in-motion (BWIM)) میباشد. مدل احتمالاتی برای تخمین قابلیت اطمینان فرمت موجود در تایید پل های جاده، بکار رفته است. نتایج، پراکندگی گسترده را در درجه ی نخست وابسته به هندسه پل و حجم ترافیک نشان میدهد. یک پیمایش تجربی و امتحانی از روش تایید انجام شده و توابع جدید برای دو فاکتور λ حاصل شده است. با این توابع جدید بهبود قابل توجه ای در ثبات سطح قابلیت اطمینان بدست امده است. مطالعات نیاز به پیمایش گسترده ی مدل ایین نامه ی اروپا (Eurocode) را نشان میدهد و پارامترهایی که باید روی انها تمرکز شود را مشخص میکند.

1- معرفی

طراحی یک پل فولادی در برابر اسیب ناشی از خستگی نیازمند تخمین تاثیر بار و مقاومت در اجزای بحرانی میباشد. تاثیر بار باید به کمک یک مدل سازه ای تخمین زده شود که به شدت ترافیک و نوع وسایل نقلیه ی عبوری روی پل بستگی دارد. در واقع، معمولا یک پل بوسیله ی رنج متفاوتی از وسایل نقلیه بارگذاری میشود که دارای محور با پیکربندی و وزن ناخالص متفاوت هستند که امکان در نظر گرفتن انها در روند طراحی نمیباشد. در عمل، طراحی با استفاده از مدلهای بارگذاری ساده شده و از قبل تعریف شده ی مشروح در ایین نامه ها انجام میگیرد.

7- نتیجه گیری ها

با هدف معتبرسازی مدل یوروکد برای ارزیابی خستگی پل های فولادی جاده ای، یک مدل احتمالاتی پیشنهاد شده است. که بر بارهای وسایل نقلیه، تعیین شده توسط اندازه گیری های BWIM پایه گذاری میشود. این مدل برای براورد قابلیت اطمینان بدست امده با استفاده از فرمت تایید موجود، بوسیله ی انالیز تعدادی مدل ساده ی پل استفاده شده است. بوسیله ی یک روند تکرار شونده، فرمت تایید یوروکد برای ارائه ی یک سطح قابلیت اطمینان پایدار پیمایش شده است. 

Abstract

In European countries, the design of bridges is conducted following the specifications in the Eurocodes. For verification against fatigue of steel bridges, a simplified model is suggested based on a single vehicle load model together with λ factors to estimate a representative stress range. Since the release of the Eurocodes the accuracy of this format has been discussed and questioned. In the current paper, a probabilistic model for fatigue assessment is suggested estimating the load effect from bridge weigh-in-motion (BWIM) measurements. The probabilistic model has been used to estimate the reliability reached with the existing verification format for road bridges. The result shows a large scatter depending foremost on the bridge geometry and the traffic volume. A tentative calibration of the verification format has been performed and new functions for two of the λ factors have been derived. With these new functions a significant improvement in the consistency of the reliability level has been achieved. The study demonstrates the need for a more extensive calibration of the Eurocode model and indicates the parameters to focus on.

1. Introduction

Designing a steel bridge against fatigue damage requires estimations of the load effect and the resistance at critical details. The load effect needs to be estimated using a structural model and depends on the traffic intensity and the type of vehicles travelling over the bridge. In reality, a bridge is typically loaded by a range of different vehicles with varying axle configurations and gross weights which is not feasible to consider during the design phase. In practice, the design is performed using predefined simplified load models described in regulations.

7. Conclusions

With the purpose to validate the Eurocode model for fatigue assessment of road bridges in steel, a probabilistic model has been suggested. It is based on vehicle loads determined by BWIM measurements. The model has been used to estimate the reliability achieved using the existing verification format by analyses of some simple bridge models. By an iterative process, the Eurocode verification format has been calibrated to render a more consistent reliability level.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ارزیابی قابلیت اطمینان مدل یوروکد برای مربوط به ارزیابی خستگی پل های فولادی

Reliability evaluation of the Eurocode model for fatigue assessment of steel bridges

عملکرد خستگی و ارزیابی اتصالات جوش شده در پل های خرپایی فولادی

Fatigue performance and evaluation of welded joints in steel truss bridges

چکیده

1. مقدمه

2. برنامه آزمایشگاهی

2.1. نمونه ها

2.2. برپایی(set up) آزمایش و پروتکل(روند) بارگذاری

3. بحث و نتیجه گیری آزمایشگاهی

3.1. نتایج آزمایش

3.2. تحلیل گسیختگی

4. ارزیابی مقاومت خستگی

4.1. روش تنش اسمی

4.2. روش تنش ناچ(شکافی) مؤثر

4.3. روش تنش بیشینه

5. نتیجه گیری

منابع

چکیده

در حالیکه اتصالات جوش به طور گسترده در اتصالات پل های خرپایی فولادی استفاده می شود، مدت خدمت رسانی پل ها عمدتاً به مقاومت خستگی اتصالات جوش شده بستگی دارد. تمرکز تنش و تنش پسماند جوش، دو دلیل اصلی آسیب خستگی در اتصالات جوش شده هستند. در این مطالعه، مقطع گوشه ای پر شده (CFP) و عملیات ضربه اولتراسونیک (UIT) به منظور بهبود عملکرد خستگی اتصالات جوش شده از طریق کاهش تمرکز تنش و تنش پسماند جوش استفاده می شود. مقاومت خستگی اتصالات جوشی با استفاده از آزمایش بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که استفاده از CFP و یا UIT می تواند محل شروع ترک خستگی را تغییر دهد. مقاومت خستگی اتصالات جوش شده با استفاده از CFP و UIT به ترتیب 24 درصد و 36 درصد افزایش یافت. عملکرد خستگی اتصالات جوش شده با استفاده از سه روش مختلف، از جمله روش تنش اسمی، روش تنش شکافی مؤثر و روش تنش بیشینه مورد بررسی قرار گرفت. روش تنش بیشینه با یک منحنی مقاومت خستگی ساده، بالاترین کاربرد و دقت را نشان داد.

مقدمه

خرپاهای فولادی به طور گسترده ای در پل های راه آهن و پل های بزرگراه هیبریدی(ترکیبی) استفاده شده است. پل های خرپایی فولادی معمولاً با مونتاژ اعضای خرپایی پیش ساخته در سایت(محل) ساخته می شوند. شکل 1 (a) و (b) نشان دهنده یک سطح مقطع نمایشی از یک شاهتیر اصلی در یک پل بزرگراه- راه آهن ترکیبی است. شاهتیر با استفاده از قطعات مختلف خرپا، از جمله وتر ها، دیرک های عمودی، عناصر قطری و غیره ساخته و مونتاژ می شود. قطعات با استفاده از جوشکاری و یا با استفاده از پیچ های با مقاومت بالا به هم متصل می شوند. اتصالات جوشی ترکیبی (شکل 1 (b)) معمولاً در کارخانه پیش ساخته شده اند تا کیفیت جوشکاری بالای داشته باشند. اتصالات جوشی بین ورق بال و ورق های لچکی تحت تنش های کششی متغیر و دیگر اثرات نامطلوب بر مقاومت خستگی قرار می گیرند و در نتیجه مستعد آسیب های خستگی هستند. به طور کلی، اثرات نامطلوب شامل تمرکز تنش، عیوب جوش و تنش های پسماند در اتصالات جوشی است [4-1]. تحت بارگذاری سیکلی، ترک ها تمایل دارند تا در اتصالات جوشی شروع شوند (شکل 1 (b)) و پایداری بلند مدت پل خرپایی را به خطر بیاندازند. 

5. نتیجه گیری

نتیجه گیری های اصلی به صورت زیر خلاصه می شود:

(1) استفاده از CFP و / یا UIT مود گسیختگی خستگی اتصالات جوش شده را تغییر می دهد. ترک های خستگی در لبه های ورق بال برای اتصالات جوش شده بدون CFP و در سطح ورق بال برای اتصالات جوش شده با CFP شروع می شود. ترک خستگی در ریشه یا پنجه جوش اتصالات جوش شده با UIT و در پنجه جوش اتصالات جوش شده بدون UIT شروع می شود.

(2) استفاده از CFP و UIT، مقاومت خستگی اتصالات جوش شده را به ترتیب 24 درصد و 36 درصد افزایش داد. استفاده ترکیبی از CFP و UIT مقاومت خستگی را 60 درصد افزایش داد. در مقایسه با CFP، استفاده از UIT در بهبود مقاومت خستگی مؤثرتر بود. 

Abstract

While welded joints are extensively used in the connections of steel truss bridges, service life of the bridges is largely dependent on the fatigue resistance of the welded joints. Stress concentration and weld residual stress are two primary causes of fatigue damage in the welded joints. In this study, corner-fillet profile (CFP) and ultrasonic impact treatment (UIT) are used to improve the fatigue performance of the welded joints through relieving stress concentration and weld residual stresses, respectively. The fatigue resistance of welded joints is evaluated through experimentation. The results indicate that the use of CFP and/or UIT can alter the initiation location of fatigue crack. The fatigue resistance of welded joints was increased by 24% and 36% by using the CFP and UIT, respectively. The fatigue performance of welded joints was evaluated using three different methods, including the nominal stress method, effective notch stress method, and peak stress method. The peak stress method with a single fatigue resistance curve demonstrated the highest applicability and accuracy.

1. Introduction

Steel trusses have been extensively used in railway bridges and hybrid highway-railway bridges. Steel truss bridges are typically constructed by assembling prefabricated truss components on site. Fig. 1 (a) and (b) show a representative cross section of a main girder in a hybrid highway-railway bridge. The girder is assembled using different truss components, including the chords, vertical posts, diagonal elements, etc. The components are connected through welding and/or using high-strength bolts. Integrated welded joints (Fig. 1(b)) are usually prefabricated in factory to ensure high welding quality. The welded joints between the flange and gusset plates are subjected to varying tensile stresses and other adverse effects on fatigue resistance, and thus susceptible to fatigue damages. In general, the adverse effects include stress concentration, weld defects and residual stresses at welded joints [1–4]. Under cyclic loading, cracks tend to initiate at the welded joints (Fig. 1(b)) and compromise the long-term durability of the truss bridge.

5. Conclusions

The main conclusions are summarized as follows:

(1) The use of CFP and/or UIT changed the fatigue failure mode of the welded joints. Fatigue cracks initiate at the flange plate edges for the welded joints without CFP, and on the flange plate surface for the welded joints with CFP. Fatigue cracks initiate at the weld root or weld of the welded joints with UIT, and at the weld toe of the welded joints without UIT.

(2) The use of CFP and UIT increased the fatigue resistance of welded joints by 24% and 36%, respectively. Combined use of CFP and UIT increased the fatigue resistance by 60%. Compared with CFP, the use of UIT was more effective in enhancing the fatigue resistance.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

عملکرد خستگی و ارزیابی اتصالات جوش شده در پل های خرپایی فولادی

Fatigue performance and evaluation of welded joints in steel truss bridges

گنجایش ژئوفوم جهت کاهش نیروی غیرفعال بر مجاورت پل مبتنی بر تست های مقیاس بزرگ

Geofoam Inclusions for Reducing Passive Force on Bridge Abutments Based on Large-Scale Tests

چکیده

مقدمه

هندسه آزمون تکیه گاه شبیه سازی شده

نتایج آزمون بار

تجزیه و تحلیل نتایج آزمون

نتیجه گیری

قدردانی

چکیده

به منظور کاهش فشارهای جانبی زمین بر سازه ها، منطقه ای از مواد متراکم و یا یک “توده ای از ” را می توان به عنوان یک مانع برای کاهش فشارهای جانبی زمین بر سازه ها مورد استفاده قرار داد. مواد تراکم معمولاً پلی استایرن و یا ژئوفوم منبسط هستند. رهنمودهای اندکی درباره توسعه نیروی غیرفعال با یک توده اوجود دارد. برای بررسی این موضوع، آزمایشات نیروی غیرفعال در مقیاس بزرگ با توده ای از ژئوفوم و بدون آن که به عنوان یک مانع بین خاک پشت ریز یا خاکریز و یک تکیه گاه پل شبیه سازی شده عمل می کند، انجام پذیرفت. وجود توده ای از ژئوفوم منجر به کاهش نیروی غیرفعال تا 70 درصد نسبت به پشت ریز یا خاکریز ماسه به تنهایی می گردد. اگر چه به نظر می رسد نیروی اندازه گیری شده و هندسه گسیختگی زمانی که تنها از پشت ریز یا خاکریز ماسه استفاده می گردد، با یک مکانیسم مارپیچ لگاریتمی مطابقت داشته باشد اما توده ای از ژئوفوم هندسه گسیختگی را به یک مکانیزم گسیختگی رانکین تبدیل می کند. این امر نشان می دهد که ژئوفوم در راستای کاهش اصطکاک رابط بین دیوار و ماسه پشت ریز یا خاکریز عمل نموده و در نتیجه مقاومت غیرفعال کاهش می یابد.

نتیجه گیری

بر مبنای نتایج آزمون میدانی و تجزیه و تحلیل های کامپیوتری، نتایج زیر را می توان استخراج نمود: 1. به نظر می رسد توده ای از ژئوفوم در کاهش نیروی غیرفعال نهایی که در تکیه گاه با پُشت ریز یا خاکریز ماسه توسعه می یابد، بسیار موثر است. در این مورد، توده ای از ژئوفوم نیروی غیرفعال را در حدود 70٪ نسبت به پُشت ریز یا خاکریز تشکیل شده با ماسه تنها کاهش می دهد. 2. اگرچه مکانیسم گسیختگی برای یک پُشت ریز یا خاکریز ماسه معمولاً شامل یک سطح گسیختگی مارپیچ لگاریتمی است اما نظر می رسد مکانیسم گسیختگی حاکم برای یک پُشت ریز یا خاکریز ماسه با توده ای از ژئوفوم یک گسیختگی برشی خطی مشابه توصیف نظریه فشار زمین رانکین باشد. 3. روش مارپیچ لگاریتمی قادر به پیش بینی مقدار اوج مقاومت غیرفعال برای خاکریز ماسه با خطای کمتر از 10٪ می باشد که فرض می کند زاویه اصطکاک 38.5º با اصطکاک دیواره معادل 70٪ زاویه اصطکاک می باشد در حالی که روش رانکین به صورت معنی داری مقاومت را کمتر از حد خود برآورد می نماید. در مقابل، روش رانکین مقدار اوج مقاومت غیرفعال را برای خاکریز با توده ای از ژئوفوم در 10٪ پیش بینی می کند با فرض آنکه اصطکاک دیواره صفر می باشد در حالی که روش مارپیچ لگاریتمی به صورت معنی داری مقاومت را بیشتر از حد براورد می کند.

Abstract

To decrease lateral earth pressures on structures, a zone of compressible material or an “inclusion” can be used as a barrier to decrease lateral earth pressures on structures. The compressible material is typically expanded polystyrene or geofoam. Little guidance is available on the development of passive force with an inclusion. To explore this issue, large-scale passive force tests were conducted with and without a geofoam inclusion acting as a barrier between the backfill soil and a simulated bridge abutment. The presence of the geofoam inclusion reduced the passive force by 70% relative to the sand backfill alone. Although the measured force and failure geometry appeared to conform to a log-spiral mechanism when only sand backfill was used, the geofoam inclusion transforms the failure geometry to a Rankine failure mechanism. This suggests that the geofoam acted to reduce the interface friction between the wall and the backfill sand thereby reducing the passive resistance.

CONCLUSION

Based on the field test results and the computer analyses, the following conclusions can be drawn: 1. Geofoam inclusions appear to be very effective at reducing the ultimate passive force which develops at abutments with sand backfills. In this case, the geofoam inclusion reduced the passive force by about 70% relative to the backfill composed only of sand. 2. Although the failure mechanism for a sand backfill typically involves a log-spiral failure surface, the governing failure mechanism for a sand backfill with a geofoam inclusion appears to be a linear shear failure similar to that described by the Rankine earth pressure theory. 3. The log-spiral method was able to predict the peak passive resistance for the sand backfill with an error of less than 10% assuming a friction angle of 38.5º with wall friction equal to 70% of the friction angle, while the Rankine method significantly underestimated resistance. In contrast, the Rankine method predicted the peak passive resistance for the backfill with the geofoam inclusion within 10%, assuming a wall friction of zero, while the log-spiral method significantly overestimated resistance.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

گنجایش ژئوفوم جهت کاهش نیروی غیرفعال بر مجاورت پل مبتنی بر تست های مقیاس بزرگ

Geofoam Inclusions for Reducing Passive Force on Bridge Abutments Based on Large-Scale Tests