鉄鋼の設計と主要な構造技術

Aug 14, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6626 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

南京第五長江大橋（主径間６００ｍの３塔斜張橋）に適用された新型鋼コンクリート複合鉄塔を紹介した。 この新しいタイプのパイロンでは、鋼製シェルは PBL せん断コネクタとスタッドを介してコンクリートで接続され、内側の鋼製シェルは山形鋼によって外側の鋼製シェルに接続されています。 数値解析と実物大模型試験により、このパイロン構造が優れた機械的特性と施工性能を示すことがわかりました。 BIM 技術の応用、特別なスプレッダーと建設プラットフォームの研究開発により、構造物の正確な設置が保証されます。 工場で高度に製造された強化鋼シェル構造のモジュラーアセンブリは、現場作業の強度と困難さを効果的に軽減し、建設リスクを低く抑えながらプロジェクトの品質を向上させることができます。 一方、この鋼-コンクリート-鋼サンドイッチ複合鉄塔の適用の成功は、同様の橋梁で広く使用できる鋼-コンクリート-鋼サンドイッチ複合鉄塔の建設技術の完全なセットの形成を示しています。

パイロンは、ケーブルで支えられた橋の重要な耐荷重コンポーネントであり、ケーブルから橋の基礎に荷重を伝達する役割を果たします。 したがって、橋の安定性は鉄塔の安定性と剛性に依存します。 改善された機械的特性、工業用プレファブリケーション、より迅速な建設、信頼性の高い品質を備えたパイロン構造の研究開発は、橋梁エンジニアリングにとって最も重要です。

従来、ケーブル支持橋の鉄塔は鋼構造の鉄塔またはコンクリート構造の鉄塔を使用して作られていました1。 鋼構造のパイロンには工場でのプレハブやモジュール式の組み立てという利点がありますが、コストが高いため、その用途はコンクリート製のパイロンに比べてはるかに少なくなっています。 パイロンには高い剛性が要求されるため、パイロンの断面積を大きくする必要があるため、より多くの鋼材が使用され、その結果、建設コストがコンクリート製パイロンの約 3 倍になります。 コンクリート製パイロンは剛性が高く安定性が高く、建設コストが安いという利点があります。 しかし、その工法は剛骨躯体設置、鉄筋結合、型枠設置・調整、コンクリート打設という複雑な段階を経る。 建設作業は主に標準化が低くプレハブによる手作業に依存しているため、建設期間が長く、現場作業の強度が高く、リスクが高く、設備の占有サイクルが長くなります。

鋼鉄とコンクリートの複合パイロンは、鋼鉄とコンクリートのパイロンに比べて多くの利点を示します。 鉄骨構造は工場でのプレハブとモジュール式の設置により時間を大幅に節約できます。 同時にコンクリート打設のテンプレートとしても使用できます。 鋼構造がコンクリートを拘束し、コンクリートの支持力をさらに向上させます。 鋼とコンクリートの組み合わせは、コンクリートパイロンの高剛性の利点も継承しています。

鋼コンクリート複合パイロンは、主に複雑な幾何学的形状のパイロンに使用されます。 たとえば、アラミーロ斜張橋の複雑な形状のため、建設に必要な時間を短縮するために、鉄筋コンクリート塔の当初の設計は複合構造に変更されました。 そのため、多くの鉄筋の代わりに、コンクリートに接続された外側の金属ケースが使用され、設置にははるかに長い時間がかかりました2。 複合作用は、外側ケースを形成する主鋼板と主板の水平補剛材に直接溶接されたスタッドコネクタによって実現され、鋼とコンクリートの間のせん断力の伝達にも考慮されています。 スーら。 両薄肉鋼管の間にコンクリートがあり、曲げと軸方向荷重の組み合わせを受けるサンドイッチボックス柱の観察された挙動を研究しました。 結果は、サンドイッチ部材の強力な性能が、対応するコンクリート充填チューブ部材よりも高いことを示しています。 非コンパクトなアウターチューブを備えたサンドイッチセクションでは、強度の向上は最大 45% に達しました3。 ストーンカッターズ橋の上部塔柱は鋼鉄とコンクリートの複合構造を採用しています。 鉄骨構造はステンレス鋼でできており、鉄骨とコンクリートの接続には溶接スタッドのみが使用されています6。 タオら。 は、軸方向の圧縮下で内側または外側の溶接された縦補強材を備えたコンクリート充填鋼管状スタブ柱の強度と剛性を研究しました4。 謝ら。 は、鋼-コンクリート-鋼のサンドイッチ構造の革新的な形式を研究しました。この構造では、2 枚の鋼板が、両端を同時に摩擦溶接された一連の横棒コネクタによって相互接続されています。 ゼンら。 彼らは、アキシアル荷重下および一定のアキシアル荷重と周期的横荷重の組み合わせの下でのダブルスキン鋼コンクリート複合パイロンの観察された挙動を研究するために、それぞれ穴あきプレートコネクタを備えた 5 つの試験体と溶接スタッドコネクタを備えた 5 つの試験体を設計および製造しました7。 Leng WH は、利川橋のプレストレスト鋼とコンクリートの複合曲線鉄塔の PBL せん断コネクタの耐力の計算方法と、鋼殻内のコンクリートの収縮とクリープに影響を与える要因を研究しました8。 J.Y.リチャード・リュー 他 J フック コネクタを備えた革新的なサンドイッチ複合構造（爆風、衝撃、疲労、静荷重を受けるサンドイッチ複合ビーム、サンドイッチ複合プレート、複合サンドイッチ壁など）の性能を研究しました9。 魏ら。 は、上部鋼鉄塔と下部コンクリート塔からなる鋼鉄とコンクリートの接合部における鋼コンクリート複合鉄塔の力伝達機構を縮尺模型試験により研究した10。 王ら。 は、鋼コンクリート複合パイロンに対するさまざまな断面形状とせん断コネクタの影響を研究し、その結果、長方形断面と比較して、面取りのある長方形断面の方が局部的な座屈に対する抵抗力が高いことがわかりました。また、せん断コネクタは、鋼鉄とコンクリートの複合パイロン1の支持力と延性を大幅に向上させることができます。