Structuri cu arce metalice si grinzi de rigidizare tip Langer sau Nielsen folosite pentru realizarea podurilor (IX)

CAP. 2. ALCATUIREA STRUCTURILOR TIP LANGER MIXTE CU CONLUCRARE (III)

(continuare din numarul 210, februarie 2024)

2.2.2. Antretoazele si lonjeronii

 Antretoazele sunt amplasate in dreptul tirantilor de sustinere, in care caz se denumesc antretoaze principale.

In anumite cazuri, cand distanta A dintre axele grinzilor principale este mare si, de asemenea, lungimea panoului este mare, este convenabil sa se prevada antretoaze si la mijlocul panourilor l, caz in care acestea sunt denumite antretoaze secundare.

In sectiune transversala, platelajul trebuie sa fie rezemat la o distanta de 3-4 m, din conditii de eficienta tehnico-economica. Din acest motiv apare necesitatea unor grinzi metalice suplimentare longitudinale denumite lonjeroni.

Daca latimea platelajului este mai mare (de exemplu pentru 4 benzi de circulatie), este bine ca acesti lonjeroni sa fie mai dezvoltati (similar cu grinzile de rigidizare ale grinzilor Langer), in care caz sunt denumiti lonjeroni principali, iar intre acesti lonjeroni principali, precum si intre lonjeronii principali si grinzile de rigidizare, sa se amplaseze grinzi longitudinale mai putin dezvoltate, denumite lonjeroni secundari, care au rolul reducerii deschiderii platelajului la maximum 3-4 m.

Lonjeronii secundari pot lipsi din structura, daca lonjeronii principali asigura distanta optima de 3-4 m pentru rezemarea platelajului din beton.

De asemenea, lonjeronii pot lipsi in totalitate din structura, daca distantele dintre antretoaze sunt reduse, asigurand in sens longitudinal podului o distanta de rezemare pentru tablier de 3-4 m.

Tabliere Langer mixte cu conlucrare fara lonjeroni se pot executa in cazul podurilor cu latime redusa (pentru 2 benzi de circulatie), avand platelaj din beton armat cu rosturi transversale din loc in loc pentru preluarea deplasarilor din intinderea grinzilor de rigidizare.

Din analiza structurilor tip Langer mixte cu conlucrare, se constata ca, pentru cresterea avantajelor tehnico-economice ale structurii, este bine ca aceasta sa aiba cat mai multi lonjeroni, care colaboreaza eficient cu grinzile de rigidizare, atat la preluarea efortului de intindere global din structura, cat si la preluarea efectelor de incovoiere locala.

Antretoazele cat si lonjeronii se alcatuiesc in general ca grinzi cu inima plina in forma de I cu talpi inegale, cu exceptia antretoazelor de capat, care trebuie sa fie casetate, deoarece sunt supuse la eforturi importante de torsiune si incovoiere in plan orizontal.

Antretoazele principale vor avea inaltimea inimii cat mai apropiata de inaltimea grinzilor de rigidizare sau chiar egala cu acestea.

Din rationamente constructive, se recomanda urmatoarea relatie pentru determinarea inaltimii antretoazelor principale (fig. 2.13):

    h_a = h_gr – d               (2.16)

in care:

h_a – inaltimea antretoazei principale, in mm;

h_gr – inaltimea grinzii de rigidizare, in mm;

d – 150 mm ÷ 200 mm, reprezinta spatiul de amenajare a cailor de rulare pentru caruciorul de intretinere a tablierului metalic, care se amplaseaza, de regula, pe talpile inferioare ale grinzilor de rigidizare.

Inima antretoazelor principale va avea o grosime cuprinsa intre 8 mm si 12 mm, determinata in general din conditii de verificare la forta taietoare maxima, care are loc la imbinarea cu grinzile de rigidizare.

In cazuri exceptionale si numai in zonele de imbinare cu grinzile de rigidizare, atunci cand inaltimea antretoazelor este prea redusa, grosimea inimii poate ajunge la 15 mm sau chiar la 18-20 mm.

Sectiunea talpii superioare a antretoazelor principale este in general constanta, avand grosimea t_s de min. 15 mm, dar nu mai mult de 20-25 mm. Din conditii de sudare a conectorilor pe fata superioara, la podurile mai importante se recomanda grosimea de 20 mm pentru talpa superioara.

Latimea talpii superioare rezulta din calcule statice, dar se recomanda a nu depasi valoarea de 250-300 mm.

Fig. 2.13: Elemente dimensionale ale antretoazelor principale. a-a – Vedere antretoaza; b-b – Sectiune prin antretoaza

O talpa superioara echilibrata pentru antretoaze la poduri cu 2 benzi de circulatie poate avea dimensiunile 200 x 15 mm, iar pentru poduri cu 4 benzi de circulatie, 200 x 20 mm sau chiar 250 x 20 mm.

Talpa inferioara a antretoazelor rezulta din calcule statice, dar trebuie respectate urmatoarele recomandari:

• sectiunea talpii inferioare trebuie sa fie de 2-3 ori mai mare decat sectiunea talpii superioare;

   A _i= t_i∙b_i = 2A_s÷3A_s = 2∙t_s∙b_s÷3∙t_s∙b_s               (2.17)

in care:

A_s – sectiunea talpii superioare, in mm²;

A_i – sectiunea talpii inferioare, in mm²;

t_s – grosimea talpii superioare, in mm;

t_i – grosimea talpii inferioare, in mm;

b_s – latimea talpii superioare, in mm;

b_i – latimea talpii inferioare, in mm;

• latimea talpii inferioare va respecta relatia: b_i ≤ 24t_i;
• grosimea talpii inferioare va fi de maximum 30 mm si numai in cazuri exceptionale va depasi aceasta grosime, dar nu mai mult de 45 mm.

Pentru respectarea celor de mai sus se va prefera sporirea inaltimii antretoazei si odata cu aceasta chiar a grinzilor de rigidizare.

Antretoazele secundare, care se plaseaza in campurile dintre tirantii de sustinere, au in general aceeasi sectiune cu cea a antretoazelor principale; acestea contribuie la reducerea campului de actiune al incarcarilor pe antretoaze, redistribuind, deci, incarcarile pe antretoaze.

Se recomanda introducerea antretoazelor suplimentare secundare in campurile de capat ale tablierelor Langer, acolo unde fortele orizontale sunt sporite si unde este necesara introducerea unor contravantuiri orizontale pentru redistribuirea eforturilor globale intre grinzile longitudinale.

Lonjeronii structurii metalice Langer sunt in general tot grinzi cu inima plina in forma de I, cu talpi inegale, care se alcatuiesc pe principiul antretoazelor curente de tip grinzi cu inima plina cu talpi inegale.

Din motive constructive, se recomanda ca inaltimea lonjeronilor principali sa fie egala cu inaltimea grinzilor de rigidizare, mai ales cand talpile acestora pot servi la amenajarea unor cai de rulare pentru carucioarele indispensabile intretinerii structurii metalice.

Atat lonjeronii principali cat si cei secundari vor fi antrenati in preluarea eforturilor globale de intindere ale structurii Langer, mai ales daca elementele de redistribuire din panourile de capat (antretoaze suplimentare secundare, contravantuiri orizontale, platelaj din beton armat etc.) vor fi cat mai eficiente.

Din studiile efectuate pana in prezent [64] se preconizeaza ca de la o distanta A fata de capetele tablierului, egala cu distanta dintre axele grinzilor principale Langer, elementele longitudinale ale tablierului (grinzi de rigidizare si lonjeroni) contribuie uniform la preluarea eforturilor globale de intindere datorate efectului de tirant din tablier. Desigur ca lonjeronii participa activ si la preluarea eforturilor de incovoiere locale provenite din incarcarile platelajului cu care sunt in contact. Lonjeronii secundari vor avea o inaltime mai redusa decat lonjeronii principali sau decat antretoazele, dar vor respecta conditia ca:

    h_ls = (1/10 ÷1/14)l_ls                (2.18)

in care:

h_ls – inaltimea lonjeronului secundar, in mm;

l_ls – deschiderea lonjeronului secundar, in mm, care reprezinta distanta dintre doua antretoaze adiacente.

Grosimea inimii lonjeronilor secundari va fi de 8-10 mm.

In ceea ce priveste alcatuirea talpii superioare, se vor respecta recomandarile facute anterior pentru antretoaze.

Talpa inferioara va fi determinata din conditii de calcul si in general va avea sectiunea de 2-3 ori mai mare fata de talpa superioara.

Se va tine cont si de conditia b_i ≤ 24t_i mentionata pentru antretoaze.

Pentru evitarea prevederii rigidizarilor verticale la inimile lonjeronilor secundari se recomanda respectarea relatiei: h_li ≤ 80t_li, in care:

h_li – inaltimea inimii lonjeronului secundar, in mm;

t_li – grosimea inimii lonjeronului secundar, in mm.

Antretoazele de capat se realizeaza in general sub forma de grinzi casetate (cu doua inimi), din motivele aratate anterior. Inaltimea antretoazelor de capat este egala, de regula, cu cea a antretoazelor din camp, respectand relatia 2.16. Latimea antretoazelor rezulta din conditii de calcul la momentul de incovoiere in plan orizontal si la momentul de torsiune maxim rezultat din incarcarea inegala a grinzilor Langer.

Elementele dimensionale ale antretoazelor de capat sunt prezentate in fig. 2.14 si anume:

• latimea talpii superioare b_s, care este, de regula, egala cu latimea talpii inferioare b_i;
• grosimea talpii superioare t_s, care este, de regula, egala cu grosimea talpii superioare a grinzii de rigidizare, avand in vedere ca pe talpa superioara a antretoazei de capat se vor pozitiona conectorii de conlucrare cu platelajul din beton;
• grosimea talpii inferioare t_i, care rezulta din calculul de dimensionare a antretoazei de capat la momentul incovoietor maxim in plan vertical, combinat cu momentele corespunzatoare de incovoiere in plan orizontal si cu momentul de torsiune. Se va face verificarea si la momentul incovoietor maxim in plan orizontal, combinat cu momentele corespunzatoare de incovoiere in plan vertical si de torsiune.

Antretoaza de capat va fi prevazuta cu diafragme de rigidizare dispuse de regula in dreptul lonjeronilor principali si respectiv secundari. O diafragma de rigidizare puternica va fi prevazuta la distanta c de axa grinzii de rigidizare, din conditii de montaj, fiind necesara pentru pozitionarea vinciurilor hidraulice de ridicare in cazul diverselor operatii de montaj. Zona de imbinare dintre grinda de rigidizare si antretoaza de capat este o zona cu alcatuire speciala, pe de o parte pentru ca este o zona de reazem puternic solicitata si, pe de alta parte, pentru ca in aceasta zona are loc si imbinarea dintre arcul metalic si grinda de rigidizare.

O imbinare eficienta intre arc si grinda de rigidizare se face prin latirea acesteia din urma in zona de capat. In aceasta zona are loc atat dublarea sau triplarea numarului inimilor grinzilor de rigidizare cat si latirea corespunzatoare a talpilor superioare si inferioare (fig. 2.14, sectiunea c-c).

La racordarea dintre inima simpla si cea dubla sau tripla se utilizeaza piese de conexiune, denumite si conectori, care au o forma speciala permitand trecerea de la inima simpla la inima dubla sau inima tripla. Piese de conexiune speciale se utilizeaza si pentru imbinarea dintre inimile si talpile arcelor cu talpile si inimile grinzilor de rigidizare (fig. 2.14).

Zona de rezemare este prevazuta si cu rigidizari suplimentare pentru preluarea reactiunii pe aparatul de reazem (fig. 2.14).

Fig. 2.14: Elemente dimensionale ale antretoazelor de capat 1 – diafragma de rigidizare antretoaza; 2 – piese de conexiune (conectori); 3 – rigidizari suplimentare in zona de rezemare

2.2.3. Imbinarile structurii metalice

Structura metalica a tablierelor mixte cu conlucrare tip Langer se uzineaza in fabrici specializate de confectii metalice, sub forma de tronsoane cu dimensiuni si greutati convenabile pentru transport eficient pe cale ferata si sosea. Lungimile maxime ale tronsoanelor se limiteaza in general la 30 + 35 m, iar dimensiunile in sectiune transversala trebuie sa permita inscrierea pieselor incarcate in mijlocul de transport, in gabaritele normale ale caii de comunicatie pe care se face transportul. Tronsoanele metalice uzinate se vor transporta la santier, unde se vor asambla si imbina definitiv pentru realizarea structurii metalice a tablierului.

Conditiile de manipulare limiteaza, de asemenea, marimea tronsoanelor, astfel incat greutatea lor sa nu puna probleme deosebite de manipulare (incarcare, descarcare etc.).

Tronsonarea tablierului metalic se stabileste prin proiect si trebuie sa respecte urmatoarele principii:

• reducerea la minimum posibil a numarului de imbinari pe santier;
• amplasarea imbinarilor in zonele mai putin solicitate si cu alcatuire cat mai simpla;
• utilizarea tipurilor de imbinari cele mai potrivite pentru structura in ansamblu si pentru elementul imbinat in special, tinand cont si de compatibilitatea imbinarilor, in cazul in care se utilizeaza mai multe tipuri de imbinari la aceeasi structura.

Explicarea acestor principii poate lamuri mai bine importanta respectarii lor. Astfel, trebuie tinut cont de faptul ca o imbinare de santier se realizeaza in conditii mai neprielnice decat in uzina si de aceea riscul de a nu fi de calitatea scontata este mai mare. Aceasta premiza ne conduce la ideea reducerii numarului de imbinari la minimum posibil. In acelasi timp, conditiile de transport si manipulare ale tronsoanelor limiteaza marimea acestora. De aceea, trebuie facut un calcul tehnico-economic de stabilire a marimii tronsoanelor din punct de vedere al dimensiunilor si al greutatii lor, respectiv de determinare a numarului de imbinari.

Amplasarea imbinarilor in zonele mai putin solicitate este ceruta tot din motivul ca, pe santier, riscul neobtinerii calitatii necesare este mai mare, mai ales ca pe santier se lucreaza in aer liber, unde conditiile climaterice sunt variabile si adesea neprevazute.

Imbinarile trebuie sa fie simple si clare, de aceea trebuie alese zone de imbinare cu sectiuni mai putin complicate.

Utilizarea tipurilor de imbinari cele mai potrivite presupune o cunoastere profunda a modului de lucru in structura, a tehnologiilor de executie si a conditiilor impuse pentru realizare, precum si a aspectului imbinarii.

Astfel, pentru realizarea unui aspect deosebit al lucrarii, imbinarile recomandate sunt cusaturile sudate. Pentru realizarea unui ritm mai ridicat de executie, imbinarile cele mai potrivite sunt cele cu eclise si suruburi de inalta rezistenta.

Tipurile de imbinari care pot fi utilizate la realizarea structurilor metalice pentru tabliere mixte cu conlucrare tip Langer sunt urmatoarele:

• imbinari cu sudura;
• imbinari cu suruburi de inalta rezistenta;
• imbinari cu nituri;
• imbinari cu bolt pentru articulatii la tiranti.

Aceste imbinari sunt standardizate si bine cunoscute.

In cele ce urmeaza se vor face doar recomandari privind utilizarea lor pentru realizarea structurilor metalice ale tablierelor mixte cu conlucrare tip Langer.

Imbinarile cu nituri se realizeaza dupa o tehnologie mai veche de imbinare cu eclise si cu nituri. In ultimul timp, acest tip de imbinare se aplica din ce in ce mai rar sau numai la reparatiile imbinarilor existente de acest tip. Imbinarea cu nituri nu este compatibila cu imbinarea prin sudare; in ultimul timp se foloseste tot mai mult imbinarea cu suruburi de inalta rezistenta, care se aseamana ca alcatuire cu imbinarea cu nituri, dar se deosebeste radical ca mod de lucru. Astfel, in timp ce, la imbinarea cu nituri, transferul solicitarii din imbinare se face prin forfecarea niturilor, la imbinarea cu suruburi de inalta rezistenta, transferul solicitarilor din imbinare se face prin forta de frecare dintre piesele in contact presate de suruburile pretensionate.

Imbinarile cu suruburi de inalta rezistenta sunt compatibile cu imbinarile prin sudare, in timp ce imbinarile cu nituri nu sunt compatibile nici cu imbinarile cu suruburi de inalta rezistenta, nici cu imbinarile prin sudare.

La imbinarea structurii metalice pentru tabliere Langer se recomanda utilizarea imbinarilor prin sudare la arce si grinzile de rigidizare (pentru realizarea unui aspect estetic deosebit al lucrarii) si a imbinarilor cu suruburi de inalta rezistenta la antretoaze, lonjeroni si tiranti. Articulatiile tirantilor se vor realiza cu bolturi, acolo unde este necesar, pentru diminuarea eforturilor din incovoiere la tiranti (fig. 2.15).

Fig. 2.15: Imbinarile tirantilor de sustinere

2.3. PLATELAJUL CAII

Platelajul caii este partea din structura de rezistenta care sustine calea podului alcatuita din parte carosabila si trotuare. La podurile cu suprastructura integral metalica, platelajul caii este de regula placa metalica ortotropa. Doar podurile metalice vechi au platelaj din beton armat care reazema fara conlucrare pe grinzi, antretoaze si lonjeroni sau beton slab armat rezemat pe elemente metalice speciale de cale (profile Zores). La poduri metalice mai mici, platelajul caii poate fi alcatuit si din podina de rezistenta din lemn.

Podurile mixte cu conlucrare au platelajul din beton armat sau beton precomprimat in conlucrare cu structura metalica prin conectori metalici sudati pe elementele de sustinere a platelajului (lonjeroni, antretoaze, grinzi de rigidizare), asa cum se va prezenta detaliat in cap.3.

(va urma)

***

REFERINTE BIBLIOGRAFICE:

[64] MEYER, A., SELCHOW, H. J.: Die Staboggenbruche uber den Rhein − Herne-Kanal bei Bottrop. Der Stahlbau 41 (1972), N. 10, S. 289-297, und N. 11, S. 331-337.

Autor:

prof. as. dr. ing. Victor POPA – Membru titular ASTR

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 212 – aprilie 2024, pag. 42-44