Projeto e tecnologia de construção chave de aço

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6626 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este artigo apresenta um novo tipo de pilão composto de aço-concreto que foi aplicado à ponte Nanjing Fifth Yangtze River (uma ponte estaiada de três pilones com um vão principal de 600 m). Para este novo tipo de pilão, as cascas de aço são conectadas com concreto através de conectores de cisalhamento PBL e pinos, e as cascas de aço internas são conectadas com as cascas de aço externas por cantoneiras de aço. A análise numérica e os testes de modelo em escala real mostram que a estrutura do pilão exibe excelentes propriedades mecânicas e desempenho de construção. A aplicação da tecnologia BIM, a pesquisa e desenvolvimento de espalhadores especiais e plataformas de construção garantem a instalação precisa das estruturas. A montagem modular altamente fabricada em fábrica da estrutura de aço reforçado pode efetivamente reduzir a intensidade e a dificuldade das operações no local e melhorar a qualidade do projeto, com baixos riscos de construção. Visto que a aplicação bem-sucedida deste pilar composto de sanduíche de aço-concreto-aço marca a formação de um conjunto completo de tecnologia de construção de pilar composto de sanduíche de aço-concreto-aço, que pode ser amplamente utilizado em pontes semelhantes.

Os pilares são os componentes de suporte de carga críticos de pontes suportadas por cabos responsáveis ​​por transmitir as cargas dos cabos para a fundação da ponte. A estabilidade das pontes depende, portanto, da estabilidade e rigidez dos pilares. A pesquisa e o desenvolvimento de uma estrutura de pilone com propriedades mecânicas aprimoradas, pré-fabricação industrial, montagem mais rápida e qualidade confiável são fundamentais para a engenharia de pontes.

Tradicionalmente, os pilares das pontes suspensas por cabos são feitos usando pilares de estrutura de aço ou pilares de estrutura de concreto1. Embora os pilares de estrutura de aço tenham as vantagens da pré-fabricação em fábrica e das montagens modulares, sua aplicação é muito menor do que a dos pilares de concreto devido ao alto custo. Devido aos altos requisitos de rigidez para o pilão, os pilones devem ter uma área de seção transversal maior e, portanto, mais aço é usado, resultando em um custo de construção de cerca de três vezes o de um pilão de concreto. Pilão de concreto tem as vantagens de alta rigidez e boa estabilidade e menores custos de construção. Ainda assim, seu método de construção é uma série de etapas complicadas, ou seja, instalação do esqueleto rígido, ligação do vergalhão, instalação e ajuste da fôrma e lançamento do concreto. As operações de construção dependem principalmente de mão de obra com baixa padronização e pré-fabricação, o que resulta em longos períodos de construção, alta intensidade de operação do canteiro, alto risco e ciclos de ocupação de equipamentos prolongados.

Os pilares mistos aço-concreto apresentam muitas vantagens sobre os pilares aço e concreto. A estrutura de aço pode economizar muito tempo por meio de pré-fabricação de fábrica e instalação modular. Ao mesmo tempo, também pode ser usado como gabarito para vazamento de concreto. A estrutura de aço restringe o concreto, melhorando ainda mais sua capacidade de carga. A combinação de aço e concreto também herda as vantagens da alta rigidez do pilão de concreto.

Os pilares compostos de aço e concreto são usados ​​principalmente em pilares com formas geométricas complexas. Por exemplo, devido à geometria complexa da ponte estaiada Alamillo, o projeto original do pilar de concreto armado foi alterado para uma estrutura mista, a fim de reduzir o tempo necessário para a construção. Portanto, uma caixa externa de metal conectada ao concreto substituiu muitas barras de aço, que levariam muito mais tempo para serem instaladas2. A ação mista é conseguida por conectores stud soldados diretamente nas chapas principais de aço formando o invólucro externo e pelos enrijecedores horizontais das chapas principais que também foram contabilizados na transmissão da força de cisalhamento entre o aço e o concreto. Hsu et al. pesquisou o comportamento observado de colunas tipo caixa-sanduíche que consistem em tubos de aço de paredes finas duplas com concreto entre eles submetidos a flexão combinada e carga axial. Os resultados mostram que o forte desempenho dos membros sanduíche é maior do que o membro de tubos preenchidos com concreto correspondente. A melhoria na resistência chegou a 45 por cento para seções sanduíche com tubos externos não compactos3. A coluna superior do pilão da Stonecutters Bridge adota uma estrutura composta de aço e concreto. A estrutura de aço é feita de aço inoxidável, e apenas pinos soldados são usados ​​para conectar o aço e o concreto6. Tao et ai. estudaram a resistência e a rigidez de pilares tubulares de aço preenchidos com concreto com enrijecedores longitudinais soldados internos ou externos sob compressão axial4. Xie et al. estudaram uma forma inovadora de construção sanduíche aço-concreto-aço, na qual as duas chapas de aço são interligadas por uma série de conectores de barras transversais soldados simultaneamente por fricção em ambas as extremidades5. Zeng et ai. projetou e produziu cinco espécimes com conectores de placa perfurada e cinco espécimes com conectores de pinos soldados para estudar o comportamento observado de pilone composto de aço-concreto de dupla face sob carga axial e carga axial constante combinada com carga lateral cíclica, respectivamente7. Leng WH estudou o método de cálculo da capacidade de carga dos conectores de cisalhamento PBL do pilar curvo composto aço-concreto protendido da Ponte Lichuan e os fatores que afetam a retração e fluência do concreto na casca de aço8. JY Richard Liew et al. pesquisou o desempenho de uma estrutura composta sanduíche inovadora com conectores J-hook, incluindo vigas compostas tipo sanduíche, placas compostas tipo sanduíche e paredes tipo sanduíche compostas sujeitas a explosão, impacto, fadiga e cargas estáticas9. Wei e outros. estudou o mecanismo de transmissão de força de um pilão misto de aço-concreto com um pilão de aço superior e um pilão de concreto inferior na junção de aço e concreto por um teste de modelo em escala reduzida10. Wang et ai. estudaram os efeitos de diferentes formas de seção transversal e conectores de cisalhamento no pilar misto aço-concreto, e os resultados mostraram que, em comparação com a seção transversal retangular, a seção transversal retangular com chanfros tem maior capacidade de resistir à flambagem local, e os conectores de cisalhamento podem aumentar muito a capacidade de carga e a ductilidade do pilão composto de aço-concreto1.