Ортотропный мост или ортотропная палуба обычно представляет собой мост, сборная палуба которого состоит из структурной стальной плиты палубы, укрепленной либо продольно ребрами, либо поперечно, либо в обоих направлениях. Это позволяет сборной палубе как напрямую выдерживать транспортные нагрузки, так и вносить вклад в общее несущее поведение мостовой конструкции. Ортотропная палуба может быть неотъемлемой частью или поддерживаться на сетке элементов каркаса палубы, таких как поперечные балки пола и продольные балки . Все эти различные варианты элементов жесткости, например, ребра, балки пола и главные балки, могут быть взаимозаменяемыми, что приводит к большому разнообразию ортотропных панелей.
Палубы с различной жесткостью в продольном и поперечном направлениях называются «ортотропными». Если жесткость одинакова в двух направлениях, то палуба называется «изотропной». [1]
Систему стальная палуба-плиты-ребра можно для аналитических целей идеализировать как ортогональную - анизотропную плиту, отсюда и сокращенное обозначение «ортотропная».
Элементы жесткости могут выполнять несколько функций одновременно. Они повышают сопротивление изгибу пластины, позволяя ей выдерживать локальные нагрузки от колес и распределять эти нагрузки по основным балкам. Они также увеличивают общую площадь поперечного сечения стали в пластине, что может увеличить ее вклад в общую способность настила к изгибу (т. е. пластина настила действует как верхний фланец в коробчатой или двутавровой балке ). Наконец, ребра жесткости повышают сопротивление пластины выпучиванию .
Те же структурные эффекты справедливы и для бетонной плиты в мосту с композитными балками , но стальное ортотропное полотно значительно легче и, следовательно, позволяет более эффективно проектировать мосты с большими пролетами.
Сопротивление использованию ортотропного настила в основном связано со стоимостью его изготовления из-за количества задействованной сварки. Кроме того, его необходимо изготавливать заранее, а не собирать на месте, что обеспечивает меньшую гибкость, чем монолитные бетонные настилы. Ортотропные настилы были склонны к проблемам усталости и расслоению износостойкой поверхности, которая, как и настил, также часто изготавливается из очень тонкого материала для снижения веса. [2]
Немецкий инженер доктор Корнелис из корпорации MAN получил немецкий патент № 847014 в 1948 году. Руководство по проектированию MAN было опубликовано в 1957 году на немецком языке. В 1963 году AISC опубликовала свое руководство, основанное на североамериканской практике проектирования.
Тысячи мостов с ортотропным настилом существуют по всему миру. Несмотря на экономию и преимущества (до 25% общей массы моста можно сэкономить за счет снижения веса настила, поскольку снижение веса распространяется на кабели, башни, опоры, крепления и т. д.), в США по состоянию на конец 2005 года эксплуатировалось всего около 60 таких мостовых настилов [update]. Около 25% ортотропных мостов в США находятся в Калифорнии, включая мост Сан-Матео-Хейворд , который является одним из первых крупных мостов в США, построенных с использованием ортотропного настила.
Некоторые очень большие мосты с тросовыми опорами, а также рекордные пролеты ( вантовые мосты и подвесные мосты ) не были бы возможны без стальных ортотропных настилов. Самые длинные или рекордные пролеты коробчатых балок , мосты с наклонными опорами; арочные мосты ; разводные мосты и два норвежских плавучих моста используют ортотропные настилы.
Виадук Мийо , вантовый мост в Мийо, Франция, имеет самую большую площадь стального ортотропного настила среди всех мостов. Более низкий общий вес брутто надстройки позволил надвигать мост с обоих концов виадука Мийо.
Ортотропное покрытие моста Акаси -Кайкё позволило японцам построить самый длинный пролет — около 6000 футов (1800 м), что на 50% длиннее моста Золотые Ворота.
Ортотропные настилы допускают очень малую глубину настила, что снижает крутизну градиентов подхода и, следовательно, их стоимость. Форма также широко используется на разводных и других разводных мостах , где можно добиться значительной экономии затрат на механические элементы, используя более легкий настил. Железнодорожный мост Эль-Фердан через Суэцкий канал в Египте является самым длинным разводным мостом в мире. Мост Эразма имеет ортотропный настил как для вантового моста, так и для разводного пролета. Мост Данцигер в Новом Орлеане является очень большим вертикальным подъемным мостом .
Мумбаи Транс-Харбор Линк , также называемый Атал Сету, является первым в Индии ортотропным стальным мостом. Он соединяет Южный Мумбаи с JNPT в Нави-Мумбаи (Нхава-Шева) и сократил время в пути между Мумбаи и Пуной, Нави-Мумбаи, Гоа и другими городами на юго-востоке Пуны.
Можно переоборудовать мост, изначально спроектированный с бетонным или ненесущим настилом, для использования более легкого ортотропного настила, что было сделано для сохранения или продления срока службы ключевых или знаковых мостов по всему миру.
Впервые он был использован в Северной Америке в 1975 году на мосту Lions Gate Bridge в Ванкувере , который был завершен в 1938 году с исключительно легкой конструкцией. Первоначальный бетонный настил 670-метрового (2200 футов) Северного виадука моста Lions Gate Bridge был заменен более легким и широким ортотропным настилом, выполненным по секциям с использованием серии коротких закрытий моста. [3] Консольные ортотропные настилы позволили мосту Тамар оставаться открытым, пока главный настил был заменен в 1999 году. Амбициозная ортотропная замена всей первоначальной подвесной конструкции основной подвесной части моста Lions Gate Bridge была проведена в 2000–2001 годах и завершена без перерыва в движении в час пик, в результате чего 63-летний мост, не рассчитанный на долговечность, получил новую жизнь. [4]
Другой примечательный пример, мост Золотые Ворота в Сан-Франциско , построенный в 1937 году, изначально использовал бетонное настил . Соль, переносимая туманом или дымкой, достигала арматуры , вызывая коррозию и растрескивание бетона . С 1982 по 1986 год оригинальный настил моста, состоящий из 747 секций, был заменен более легкими и прочными ортотропными стальными панелями настила в течение 401 ночи без полного закрытия проезжей части для движения транспорта. [5] Проект не только восстановил мост до идеального состояния, но и уменьшил вес настила на 12 300 тонн (11 160 метрических тонн ).
Проектирование холодных регионов: влияние холодных регионов на транспорт и инфраструктуру
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Номер публикации FHWA-IF-12-027
Примеры известных мостов с ортотропными стальными настилами
Голландский: Ортотропный мост Эразма = Erasmusbrug ( Brug = мост на голландском языке)
Французский: Pont Gustave-Flaubert (Pont = мост и orthotrope = ортотропный на французском)
Немецкий: Erasmus-Brücke ( Brücke = мост и ортотроп = ортотропный на немецком языке)
Бразильский португальский: Мост Жуселино Кубичека (португальский: Ponte Juscelino Kubitschek) (Ponte = мост на португальском языке)
Итальянский Ponte sullo Stretto di Messina (Ponte = мост по-итальянски)
Норвежский: Nordhordland Bridge = Nordhordlandsbrua ( Brua = мост по-норвежски)