Most nad rzeką Esinante
O projekcie
Most składa się z dziewięciu sprężonych belek betonowych, każda o rozpiętości do 34 m, podpartych na siodłach Gerbera osadzonych w filarze środkowym. Każde siodło Gerbera tworzy przekrój pięć na trzy i zawiera centralnie usytuowany ośmioboczny słup betonowy, które razem tworzą rozbudowaną strefę nieciągłości do przenoszenia sił ścinających i podporowych. Siodła te przekazują obciążenia z belek do podkonstrukcji filara, stanowiąc niezbędne elementy w ogólnej ścieżce obciążeń.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Layout of the Gerber saddle}}}\]
Obciążenia obliczeniowe, wyznaczone na podstawie modelu pomostu, mieszczą się w zakresie od 671 kN do 1039 kN, przy czym w analizie zastosowano zastępcze obciążenie skupione wynoszące 550 kN. Grubość siodła wynosi 50 cm i jest ono wyrównane z poprzecznym żebrem głowicy filara. Konstrukcja wykonana jest z żelbetu i została oceniona z zastosowaniem zaawansowanej MES z nieliniowym modelowaniem elementów skończonych oraz CSFM (Compatible Stress Field Method) dla stref nieciągłości.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Section of the gerber saddle}}}\]
Wyzwania inżynierskie
Głównym wyzwaniem była ocena nośności siodeł Gerbera w warunkach zarówno nieuszkodzonych, jak i zdegradowanych. Elementy te wykazują złożone rozkłady naprężeń wynikające ze stref nieciągłości i obciążeń skupionych, a konwencjonalne normy projektowania oferują ograniczone wytyczne dla takich przypadków. Wymagało to zastosowania zaawansowanych metod numerycznych w celu odwzorowania rzeczywistego zachowania konstrukcji.
Kolejnym istotnym problemem była degradacja wywołana korozją, sprzyjana przez zanieczyszczenie chlorkami pochodzącymi z soli odladzających. Korozja wpływa na przekroje zbrojenia, przyczepność i integralność betonu, zmniejszając odporność i ciągliwość konstrukcji w czasie. Przewidywanie długoterminowego zapasu bezpieczeństwa w scenariuszach postępującej degradacji bez bezpośrednich danych terenowych dotyczących tempa korozji dodatkowo zwiększało złożoność analizy.
Rozwiązania i wyniki
Aby sprostać tym wyzwaniom, inżynier przyjął podejście wielofazowe. W pierwszej fazie opracowano szczegółowy nieliniowy model MES w celu odwzorowania zachowania siodła pod obciążeniami eksploatacyjnymi.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the FEM analysis}}}\]
Analiza dostarczyła krzywej nośności wskazującej maksymalną odporność wynoszącą 914 kN, co daje globalny współczynnik bezpieczeństwa równy 1,66, znacznie powyżej wymaganego progu. Mechanizm zniszczenia obejmował rozległe zarysowanie, miażdżenie betonu i lokalną niestabilność prętów zbrojeniowych w pobliżu nasady wspornika.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Capacity curve derived from the FEM analysis}}}\]
W drugiej fazie przeprowadzono modelowanie scenariuszy korozji z wykorzystaniem zwalidowanych modeli degradacji z literatury naukowej. Symulacje uwzględniały ubytki masy w zakresie od 5% do 30%. Przy korozji do 15% współczynniki bezpieczeństwa pozostawały na akceptowalnym poziomie: dla stali 1,28, dla betonu 1,63. Powyżej tego progu znaczące zmniejszenie ciągliwości i przyczepności prowadziło do przedwczesnych kruchych zniszczeń, szczególnie w strefie siodła.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Corosion scenario used for advanced analysis}}}\]
Przy 30% korozji tempo odkształceń w stali wzrosło dramatycznie, wskazując na poważną podatność konstrukcji na uszkodzenia. Compatible Stress Field Method (CSFM) w IDEA StatiCa Detail zastosowano dla stref nieciągłości, potwierdzając wyniki MES i podkreślając znaczenie uwzględnienia efektów poślizgu przyczepności w warunkach korozji.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the CSFM analysis in IDEA StatiCa Detail - ULS and SLS, crack width}}}\]
Wnioski
Badanie wykazało, że choć most wykazuje obecnie zadowalające zapasy bezpieczeństwa, jego długoterminowe działanie zależy od kontrolowania korozji i wdrażania terminowych interwencji. Zalecenia obejmowały okresowy monitoring i profilaktyczną konserwację w celu ograniczenia postępu korozji poniżej krytycznych progów.
Italy
Analiza wykazała, że zaawansowane nieliniowe modelowanie jest niezbędne do oceny złożonych elementów konstrukcyjnych, takich jak siodła Gerbera, szczególnie w scenariuszach degradacji. Niniejszy przypadek podkreśla potrzebę integrowania modeli trwałości z ocenami konstrukcyjnymi w celu zapewnienia odporności na agresywne czynniki środowiskowe.
O ing. Francesco Oliveto
Francesco Oliveto jest niezależnym ekspertem i firmą konsultingową specjalizującą się w zaawansowanym modelowaniu numerycznym i analizie w dziedzinie konstrukcji i geotechniki.
Firma świadczy zaawansowane usługi w zakresie analizy konstrukcyjnej i geotechnicznej, dysponując dużą wiedzą specjalistyczną w zakresie oceny sejsmicznej istniejących budynków, w tym tych dotkniętych uszkodzeniami lub degradacją. Jej działalność obejmuje interakcję grunt-konstrukcja, projektowanie głębokich fundamentów, techniki wykopów metodą top-down i bottom-up oraz lokalną odpowiedź sejsmiczną, z wykorzystaniem najnowocześniejszego modelowania numerycznego (MES, CSFM).