Балдырған көпірлердің жүк көтергіштігі қандай?

Балдырған көпірлердің жүк көтергіштігінің негіздері

Соңғы және пайдалануға жарамдылық жүк шектері түсіндірілген

Стальдан жасалған көпірлерді жобалаған кезде инженерлер екі негізгі өнімділік аспектісін – соңғы беріктікті және пайдалануға жарамдылықты ескеруі керек. Соңғы жүк көтергіштік дегеніміз – көпір толығымен бұзылғанға дейін қанша салмақты көтере алатынын білдіреді. Бұл көрсеткіш AASHTO стандарттарына сәйкес материалдардағы ауытқуларды, модельдеу бойынша белгісіздіктерді және мүмкін болатын кездейсоқ жүктерді ескеру үшін 1,5 пен 3,0 арасындағы қауіпсіздік коэффициенттерін қолданып есептеледі. Ал пайдалануға жарамдылық күнделікті қызмет көрсетумен байланысты. Бұл шектер көпірдің қанша иілуіне, тербелуіне немесе трещиналар пайда болуына рұқсат етеді, сондықтан адамдар оның үстінен өткенде ыңғайлы сезінеді және ол уақыт өте келе ұзаққа сақталады. Көптеген автокөлік жолы көпірлерінің пайдалануға жарамдылығы олардың теориялық максималды көтергіштігінің 40% немесе одан төмен деңгейінде ұсталады. Бұл трещиналардың бавырсақтай пайда болуы немесе опоралардың бавырсақтай тозуы сияқты проблемаларға қарсы буфер қызметін атқарады. Толық бұзылу, түсініктісіндей, көпірдің құлауын білдіреді, ал пайдалануға жарамдылық стандарттарының бұзылуы тек қана құрылымға көбірек жиі техникалық қызмет көрсету мен жалпы қызмет ету мерзімінің қысқаруын білдіреді, бірақ пайдаланушылар үшін міндетті түрде тікелей қауіп төндірмейді.

Вертикальдық қаттылық пен иілу бақылауы арқылы көлік құралдарын қолдау принциптері

Көпір құрылымының вертикальдық қаттылығы — бұл оған үстінен өтетін көлік құралдарының салмағы әсер еткен кезде оның иілуге қарсы тұру деңгейін білдіреді. Бұл сипаттама жүргізушілердің көпірден өткен кездегі ыңғайлылығын ғана емес, сонымен қатар жалпы қауіпсіздікті және құрылымның жөндеуге дейін қанша уақыт қызмет ететінін де анықтайды. Инженерлердің осы сала бойынша ұстанатын стандарттары бар. AASHTO LRFD бағыттаушыларына сәйкес, көптеген автокөлік жолдарындағы болат көпірлердің иілуі L/800 шамасынан аспауы керек. Бұл есептеу жалпы аралық ұзындығын 800-ге бөлу арқылы қабылданатын иілу шамасын анықтайды. Бұл талапқа сай келу үшін жобалау процесінде бірнеше маңызды факторларды ескеру қажет:

• Арқалық биіктігін оптималдау , бұл инерция моментін арттырады және жүктеме әсерінен пайда болатын қисықтықты азайтады;
• Жоғары беріктіктегі болаттарды қолдану , бұл динамикалық жүк көтергіш осьтерінің әсерінен пайда болатын деформацияны азайтады және пластикті деформацияны басады;
• Үздіксіз қолдау конфигурациялары , бұл қарапайым аралықтарға қарағанда күштерді біркелкірек таратады және ең жоғарғы иілу моменттерін азайтады.

Салауатты дәлелдер қауіп-қатерді растайды: L/800 айырымынан асатын көпірлерде циклдық кернеу диапазондарының күшеюіне байланысты ерте сатыдағы усталық трещиналардың пайда болуы 70% жоғары. Қазіргі уақытта нақты уақыт режиміндегі бақылау жүйелері бұл қаттылық модельдерін орында тексереді, бұл көлік құралдарының қолдау талаптарына сәйкестігін деректерге негізделген тәсілмен растауға мүмкіндік береді.

Балалық көпірдің жүктік көтергіштігін анықтайтын маңызды конструкциялық факторлар

Балалық көпірдің жүктік көтергіштігі — материалдың әрекеті, геометриясы және экологиялық контекстінің дәл өзара әрекеттесуінен туындайды; бұл кез келген жеке параметрден жеке-жеке емес.

• Материалдың қасиеттері желімділік шегі, созылу көтергіштігі және пластикалықтық болаттың статикалық және динамикалық жүктемелерге қалай жауап беретінін анықтайды. Жоғары беріктіктегі маркалар (мысалы, ASTM A709 100-ші маркасы) резервтік көтергіштікті арттырады, ал тән пластикалықтық жер сілкінісі кезіндегі немесе артық жүктеме жағдайларында энергияны сіңіруді қамтамасыз етеді — бұл сынықтың қатты үзілуін болдырмауға көмектеседі.
• Көлденең қиманың геометриясы i-тәрізді арқалықтың тереңдігі, қанаттарының ені және қабырғасының иілгіштігі қисықтыққа төзімділікті және моменттің таралуын анықтайды. Кеңірдек қанаттар көлденең тұрақтылықты жақсартады және жергілікті түрде шоғырланған кернеуді азайтады; оптимизацияланған қабырға қалыңдығы қосымша салмақтың артуынсыз қиылу нәтижесіндегі қисықтықты болдырмайды.
• Жүктеменің орналасуы мен ортаға әсер етуі аралық ұзындығы, тірек шарттары (қатты бекітілген, шарнирлі, үздіксіз), коррозияға ұшырайтын қаупі және жанама жүктеменің динамикасы барлығы да конструкциялық есептеулерді қайта реттейді. Ұзын аралықтар прогиб пен екінші ретті әсерлерді күшейтеді; коррозияға ұшырайтын орталар қорғаныш қабаттарын немесе қосымша қалыңдықты талап етеді — бұлар екі жағдайда да уақыт өте келе тиімді қима қасиеттеріне әсер етеді.

Бұл айнымалылар AASHTO LRFD әдістемесін қолдана отырып қатал туралауға ұшырайды, бұл әдіс кедергі мен жүктеме коэффициенттерін калибрлеу арқылы қауіпсіздік шектерінің нақты әлемдегі талаптарды асып түсуін қамтамасыз етеді — сонымен қатар экономикалық тиімділікті сақтайды.

Нақты әлемдегі тексеру: болат көпірлердің сынақтан өтуі мен жеке жағдайларды зерттеу

I-35W көпірінің құлауынан кейінгі салдар: жүктеме бағалауы мен резервтілік бойынша сабақтар

2007 жылы Миннеаполисте Миссисипи өзенінің үстінен өтетін I-35W көпірі құлаған кезде көпірлердің көтеретін жүктеме қабілеті мен конструкциялық резервтілігін бағалау тәсілдеріндегі ауқымды мәселелер ашылды. Зерттеушілер қателіктің себебін зерттегеннен кейін негізгі проблеманың жұмысқа арналған өлшемінен кішірек болған гасеттік пластинкалар екенін анықтады. Бұл пластинкалар өздері бойынша да жеткілікті дәрежеде проблемалы болды, бірақ олар құрылым ішінде жүктемелердің қалай таратылатынын көрсететін қате модельдермен бірге қолданылғанда жағдай шынымен де қауіпті болды. Алғашқы есептеулерде осы қосылу нүктелерінде шынымен қанша кернеу пайда болып жатқаны ескерілмеген, кейде ол кернеу 30%-ға дейін арта берді. Осы апат ААШТО-ның барлық АҚШ бойынша көпірлерді тексеру мен бағалау тәсілдерін қатаң түрде өзгертуіне әкелді және осындай тұрақсыздықтарды ескеретін жаңа стандарттарды енгізу қажеттілігін туғызды.

• Барлық негізгі қосылыстар үшін үшөлшемді жүктеме траекториясын талдау;
• Қозғалыс үлгілері өзгерген сайын жанама жүктемелердің таратылуын кезекті қайта бағалау;
• Жеткілікті резервтіліктің анықталған тексерілуі — әсіресе резервті емес ферма жүйелері үшін — ақаулық режимін имитациялау арқылы жүзеге асады.

Осы оқиға қызмет көрсету қабілетінің — әсіресе субъективті деформациялық тенденциялардың — кәріленген болат инфрақұрылымда жүйелік әлсіздіктің ең алғашқы көрсеткіші болып табылатынын көрсетті.

AASHTO LRFD Қазіргі заманғы болат арқалықтар мен фермалық көпірлер бойынша өрістегі деректер

Қазіргі заманғы өлшеу әдістерінің LRFD негізіндегі көтергіштік болжамдарын қалай жетілдіретінін көрсету үшін 120-нан астам құрылғымен жабдықталған болат арқалықтар мен фермалық көпірлер бойынша жүргізілген соңғы өрістегі тексеру:

Дәлелдеу сынақтарын жанама әдістермен жүргізген кезде инженерлер құрылымдардың динамикалық реакциясын нақты көре алады — кейде үлкен автокөліктердің көпірден өтуі кезіндегі соққы күштері бастапқы есептелген мәннен 10–25 пайызға жоғары болады. Мұндай деректер LRFD қауіпсіздік стандарттарының қаншалықты тиімді екенін көрсетеді, бірақ сондай-ақ нақты өлшеулер негізінде ішкі сақтық шараларын біраз жеңілдетуге болатын орындарды да көрсетеді. Пенсильвания штатындағы болат фермалы көпірлерді мысал ретінде қарастырайық. Үздіксіз бақылау жүйелері арқылы олардың уақыт өте келе қаншалықты иілетінетінін бақылай отырып, сол жердегі көпір инженерлері қауіпсіздікке арналған артық буферді шамамен 18 пайызға азайтты, бірақ ешкімнің қауіпсіздігіне ешқандай қатер төнбеді. Қауіпсіздік сақталған күйінде ресурстар тиімдірек пайдаланылады.

Цифрлық және төзімді инженерия арқылы болат көпірлердің көтеру қабілетін арттыру

Нақты уақытта жүктемені қайта тарату талдауы үшін цифровой басқарушы (Digital Twin) интеграциясы

Цифрлық егіз технологиясы болат көпірлерді басқару тәсілін өзгертуде. Ол көпір құрылымдарының нақты компьютерлік моделдерін жерде орнатылған нақты сенсорлармен үйлестіреді, нәтижесінде шынайы нәрсе сияқты іс-әрекет ететін виртуалды көшірмелер пайда болады. Цифрлық егіздер көпірдің әртүрлі бөліктеріне қанша күш түсетінін, қай жерлерде орын ауыстырулар болып жатқанын, құрылым бойынша температураның қандай деңгейде болғанын және барлық бойынша қандай тербелістердің болып жатқанын бақылайды. Егер неғұрлым көп трафик болу сияқты немесе көпірдің бір бөлігі зақымдану сияқты қандай да бір ерекше жағдай пайда болса, инженерлер салмақтың таралуы қалай өзгеретінін көрсететін модельдеулер жүргізе алады. Негізгі артықшылық — трещиналар пайда болғанын ешкім байқамай-ақ, құрылымның кейбір бөліктері артық кернеуге ұшырағанын уақытылы анықтауға болады. Бұл жөндеу бригадаларына жүктемені проблемалық аймақтардан алып тастап, ақауларды тек қажетті жерлерде ғана жоюға мүмкіндік береді, яғни нәрсе толығымен бұзылғанға дейін күтудің қажеті жоқ.

Нәтижелер өздерінің үшін сөйлейді. BridgeTech-тің 2025 жылғы есебіне сәйкес, осындай дұрыс сынақтан өткен цифрлық егіз модельдері бар көпірлер тексеруден өту аралығын 23% ұзақтыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар жүктеме шектерін 17% жоғары ұстауға болады. Бұл технологияның тағы да құндылығы тек қана қабылдай алатын жүктеменің көлемін жақсартудан асады. Бұл виртуалды көшірмелер нақты материалдардың уақыт өте келе температураның өзгеруі немесе жер сілкінісінен туындаған күтпеген жер қозғалыстары сияқты әртүрлі экологиялық қиындықтарға қалай реакция беретінін модельдейді. Мұндай модельдеу инженерлерге ұзақ мерзімді тұрақтылық мәселелері бойынша жақсы жоспарлауға көмектеседі. Қазір біз бұл технологияны әртүрлі инфрақұрылым жүйелерінде кеңінен қолдануға куә боламыз, сонымен қатар цифрлық егіздер — бізге қажетті қосымша элемент емес, бізге қажетті негізгі компоненттер екендігі анықталып келеді: өйткені қозғалыс үлгілері өзгергенде, ауа-райы жағдайлары өзгергенде және жаңа нормативтік актілер қабылданғанда болат көпірлеріміздің қауіпсіздігі мен қызмет ету қабілеті сақталуы тиіс.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Болат көпірдің соңғы жүктеме көтергіштігі қандай?

Негізгі жүк көтергіштік — көпірдің толығымен бұзылуына дейін көтере алатын ең жоғары салмақ; ол AASHTO стандарттарына сәйкес қауіпсіздік коэффициенттерін ескере отырып есептеледі.

Пайдалану жүк шегі негізгі жүк көтергіштіктен қалай ерекшеленеді?

Пайдалану жүк шектері күндік эксплуатацияны ескере отырып, көпірдің қаншалықты иілуін, тербелуін немесе трещиналар пайда болуын бақылайды, бұл қолайлылық пен ұзақ мерзімді пайдалануды қамтамасыз етеді.

Көпірдің конструкциясында вертикаль қаттылық неге маңызды?

Вертикаль қаттылық автокөлік жүктерінің әсерінен иілуге қарсы төзімділікті анықтайды және көпірдің қолайлылығын, қауіпсіздігін және ұзақ мерзімді пайдаланылуын әсерлейді.

I-35W көпірінің құлауынан қандай сабақтар алынды?

Құлау көпірдің жүк рейтингін дәл анықтау қажеттілігі мен берік конструкциялық резервтілікті қамтамасыз ету қажеттілігін айқындады, бұл AASHTO стандарттарында өзгерістерге әкелді.

Цифрлық егіз технологиясы көпірді басқаруды қалай жақсартады?

Цифрлық егіз технологиясы нақты уақыт режимінде бақылау мен модельдеуді қамтамасыз етеді, бұл кернеу нүктелерін анықтауға және жөндеу жұмыстарының тиімділігін арттыруға көмектеседі.