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Diseño y tecnología clave de construcción de acero.
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Diseño y tecnología clave de construcción de acero.

May 22, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 6626 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

Este artículo presenta un nuevo tipo de pilón compuesto de acero y hormigón que se ha aplicado al Quinto Puente del Río Yangtze de Nanjing (un puente atirantado de tres postes con un tramo principal de 600 m). Para este nuevo tipo de pilón, las carcasas de acero están conectadas con el hormigón a través de pernos y conectores de corte PBL, y las carcasas de acero interiores están conectadas con las carcasas de acero exteriores mediante aceros en ángulo. El análisis numérico y las pruebas de modelos a escala real muestran que la estructura del pilón exhibe excelentes propiedades mecánicas y rendimiento de construcción. La aplicación de la tecnología BIM, la investigación y el desarrollo de separadores especiales y plataformas de construcción garantizan la instalación precisa de las estructuras. El ensamblaje modular altamente fabricado en fábrica de la estructura de carcasa de acero reforzado puede reducir efectivamente la intensidad y dificultad de las operaciones en el sitio y mejorar la calidad del proyecto, con bajos riesgos de construcción. Considerando que, la aplicación exitosa de este pilón compuesto tipo sándwich de acero, concreto y acero marca la formación de un conjunto completo de tecnología de construcción de pilón compuesto tipo sándwich de acero, concreto y acero, que puede usarse ampliamente en puentes similares.

Los pilones son los componentes críticos de carga de los puentes sustentados por cables responsables de transmitir las cargas desde los cables hasta los cimientos del puente. Por tanto, la estabilidad de los puentes depende de la estabilidad y rigidez de las torres. La investigación y el desarrollo de una estructura de pilón con propiedades mecánicas mejoradas, prefabricación industrial, montaje más rápido y calidad confiable son fundamentales para la ingeniería de puentes.

Tradicionalmente, los pilones de los puentes soportados por cables se fabrican utilizando pilones de estructura de acero o pilones de estructura de hormigón1. Aunque las torres de estructura de acero tienen las ventajas de la prefabricación en fábrica y las construcciones modulares, su aplicación es mucho menor que la de las torres de hormigón debido al alto costo. Debido a los altos requisitos de rigidez para el pilón, los pilones deben tener un área de sección transversal mayor y, por lo tanto, se utiliza más acero, lo que resulta en un costo de construcción de aproximadamente tres veces el de un pilón de concreto. El pilón de hormigón tiene las ventajas de una alta rigidez y buena estabilidad y menores costos de construcción. Aún así, su método de construcción consta de una serie de etapas complicadas, es decir, instalación del esqueleto rígido, unión de las barras de refuerzo, instalación y ajuste del encofrado y vertido de hormigón. Las operaciones de construcción dependen principalmente de mano de obra con baja estandarización y prefabricación, lo que resulta en largos períodos de construcción, alta intensidad de operación del sitio, alto riesgo y ciclos extendidos de ocupación de equipos.

Los pilones compuestos de acero y hormigón presentan muchas ventajas sobre los pilones de acero y hormigón. La estructura de acero puede ahorrar mucho tiempo mediante la prefabricación en fábrica y la instalación modular. Al mismo tiempo, también se puede utilizar como plantilla para el vertido de hormigón. La estructura de acero constriñe el hormigón, mejorando aún más su capacidad de carga. La combinación de acero y hormigón también hereda las ventajas de las altas rigideces del pilón de hormigón.

Los pilones compuestos de acero y hormigón se utilizan principalmente en pilones con formas geométricas complejas. Por ejemplo, debido a la compleja geometría del puente atirantado de Alamillo, el diseño original del pilón de hormigón armado se cambió a una estructura compuesta para reducir el tiempo necesario para la construcción. Por lo tanto, una caja metálica exterior conectada al hormigón reemplazó muchas barras de acero, cuya instalación habría llevado mucho más tiempo2. La acción compuesta se logra mediante conectores de pernos soldados directamente en las placas de acero principales que forman la carcasa exterior y los refuerzos horizontales de las placas principales que también se tuvieron en cuenta en la transmisión de la fuerza de corte entre el acero y el hormigón. Hsu et al. investigó el comportamiento observado de columnas tipo sándwich que consistían en tubos dobles de acero de paredes delgadas con hormigón entre ellos sometidos a cargas axiales y de flexión combinadas. Los resultados muestran que el rendimiento fuerte de los miembros tipo sándwich es mayor que el de sus correspondientes miembros de tubos rellenos de concreto. La mejora de la resistencia alcanzó hasta el 45 por ciento en el caso de las secciones tipo sándwich con tubos exteriores no compactos3. La columna del pilón superior del puente Stonecutters adopta una estructura compuesta de acero y hormigón. La estructura de acero está hecha de acero inoxidable y sólo se utilizan pernos soldados para conectar el acero y el hormigón6. Tao y cols. estudiaron la resistencia y rigidez de columnas tubulares de acero rellenas de hormigón con refuerzos longitudinales soldados interiores o exteriores bajo compresión axial4. Xie et al. estudiaron una forma innovadora de construcción sándwich de acero, hormigón y acero, en la que las dos placas de acero están interconectadas por una serie de conectores de barras transversales simultáneamente soldados por fricción en ambos extremos5. Zeng et al. diseñaron y produjeron cinco muestras con conectores de placa perforada y cinco muestras con conectores de pernos soldados para estudiar el comportamiento observado de un pilón compuesto de acero y hormigón de doble revestimiento bajo carga axial y carga axial constante combinada con carga lateral cíclica, respectivamente7. Leng WH estudió el método de cálculo de la capacidad de carga de los conectores de corte PBL del pilón curvo compuesto de acero y hormigón pretensado del puente Lichuan y los factores que afectan la contracción y fluencia del hormigón en la carcasa de acero8. JY Richard Liew et al. investigó el rendimiento de una innovadora estructura compuesta tipo sándwich con conectores de gancho en J, incluidas vigas compuestas tipo sándwich, placas compuestas tipo sándwich y paredes tipo sándwich compuestas sujetas a explosiones, impactos, fatiga y cargas estáticas9. Wei y col. estudiado sobre el mecanismo de transmisión de fuerza de un pilón compuesto de acero y hormigón con un pilón superior de acero y un pilón inferior de hormigón en la unión de acero y hormigón mediante un ensayo de modelo a escala10. Wang y cols. Estudió los efectos de diferentes formas de sección transversal y conectores de corte en el pilón compuesto de acero y concreto, y los resultados mostraron que, en comparación con la sección transversal rectangular, la sección transversal rectangular con chaflanes tiene una mayor capacidad para resistir el pandeo local. y los conectores de corte pueden aumentar en gran medida la capacidad de carga y la ductilidad del pilón compuesto de acero y hormigón1.

Sin embargo, los pilones compuestos de acero y hormigón se utilizan principalmente en puentes atirantados con luces inferiores a \(200\,\textrm{m}\) en China, pero dichos pilones normalmente solo tienen una carcasa exterior de acero. Los casos de aplicación informados públicamente de proyectos de torres de puentes compuestos de acero y concreto se muestran en la Tabla 1. Este estudio presenta un nuevo tipo de torre compuesta de acero y concreto, la carcasa de acero está conectada al concreto a través de pernos y conectores de corte PBL, y el acero interior La carcasa está conectada a la carcasa exterior de acero mediante aceros en ángulo. Las barras de refuerzo penetrantes de los conectores de corte PBL también se utilizan como refuerzo principal del hormigón. Las carcasas de acero interior y exterior sirven también de encofrado para el vertido del hormigón y, finalmente, forman un pilón compuesto tipo sándwich de acero, hormigón y acero. Este tipo de pilón se aplica, por primera vez, a puentes sustentados por cables con una luz superior a \(500\,\textrm{m}\). Este tipo de pilón tiene las ventajas de una alta prefabricación, una construcción rápida, una calidad confiable, buena tenacidad y plasticidad y una buena apariencia. Este artículo presentará específicamente el diseño y la construcción de un pilón compuesto tipo sándwich de acero, hormigón y acero aplicado en un puente atirantado con una luz principal de \(600\,\textrm{m}\). La investigación de este proyecto es de gran importancia para promover la mejora industrial de la construcción de puentes desde la construcción hasta la fabricación, y también podría usarse como referencia para tipos de puentes similares.

El puente de este estudio es el puente del río Jiangxinzhou Yangtze en Nanjing (JYRB), conocido como el Quinto Puente del Río Yangtze de Nanjing, que se inauguró en 2020. JYRB es un puente atirantado con vigas compuestas de acero y UHPC con tres pilones y doble cable. aviones. Su disposición de tramo es \(80\,\textrm{m}+218\,\textrm{m}+2\times 600\,\textrm{m}+218\,\textrm{m}+80\,\textrm {metro}\). La Figura 1 muestra el diseño de JYRB. La viga principal, con una altura de \(3.6\,\textrm{m}\) y una anchura de \(35.3\,\textrm{m}\), incluye seis carriles de circulación y dos aceras. Además, consta de una viga cajón de acero plana y una capa de UHPC con áridos gruesos conectados mediante pernos de corte. Los tres pilones son un pilón central con una altura de \(177.407\,\textrm{m}\) y dos pilones laterales idénticos con una altura de \(169.7\,\textrm{m}\). Los tres pilones principales son todos pilones en forma de diamante en la dirección longitudinal, pero pilones de un solo pilar en la dirección transversal. A cada lado de las torres se anclan veinte pares de cables, y en este puente se utilizan un total de 240 cables.

Descripción general del puente del río Jiangxinzhou Yangtze en Nanjing. (a) vista en alzado; (b) sección de viga cajón de acero.

Disposición de la estructura del pilón medio y del pilón lateral. (a) pilón central en la disposición de la dirección transversal; (b) pilón central en la disposición del perfil en dirección transversal. (c) pilón central en la disposición de la dirección longitudinal; (d) pilón central en la disposición del perfil en dirección longitudinal. (e) pilón lateral en la disposición de dirección transversal; (f) pilón lateral en la disposición del perfil en dirección transversal; (g) pilón lateral en la disposición de la dirección longitudinal; h) Pilón lateral en la disposición del perfil en dirección longitudinal. (Unidad: cm).

Con el pilón central como ejemplo, el pilón se puede dividir en las partes superior, media e inferior, y se diseña una viga transversal en la unión de las partes media e inferior (ver Fig. 2). La altura de las partes superior, media e inferior es \(55.007\,\textrm{m}\), \(81.550\,\textrm{m}\) y \(40.850\,\textrm{m}\) , respectivamente. La parte inferior es una estructura longitudinal de dos extremidades, y cada extremidad adopta la sección de caja con tres celdas (ver Fig. 3a). Las dos extremidades de la parte inferior se separan gradualmente hacia arriba y la distancia máxima entre las dos extremidades es \(7 \,\textrm{m}\), mientras que las dos extremidades de la parte media se juntan hacia arriba gradualmente hasta que la parte superior se fusiona en una sola extremidad. Las secciones estándar de las partes media y superior se muestran respectivamente en las figuras 3b, c. Las estructuras de armazón de acero se muestran en la Fig. 4 para esas secciones de pilón.

Secciones del pilón: (a) sección estándar de la parte inferior del pilón; (b) sección estándar de la parte media del pilón; (c) sección estándar de la parte superior del pilón. (Unidad: cm).

El pilón central (lateral) está dividido en 37 (36) segmentos, y la altura del segmento estándar (más alto) del pilón es 4.8\(\,\textrm{m}\)(\(5.2\,\textrm{ metro}\)). La carcasa de acero del pilón se compone de paneles de acero interiores y exteriores, refuerzos verticales y horizontales, pernos de corte, ángulos de conexión de acero, etc. (Fig. 2). El espesor estándar de la placa de acero exterior es \(14\,\textrm{mm}\), de los cuales \(20\,\textrm{mm}\) y \(16\,\textrm{mm}\) son Se utiliza para parte de la placa de acero exterior por encima y por debajo de la viga inferior y el primer segmento del pilón de la parte inferior. El espesor estándar de las placas de pared interiores es \(6\,\textrm{mm}\). El tamaño del refuerzo vertical es \(128\times 10\,\textrm{mm}\), mientras que el tamaño del refuerzo horizontal es \(200\times 10\,\textrm{mm}\). El espaciado estándar de esos refuerzos es \(400\,\textrm{mm}\), los refuerzos se ensanchan localmente para adaptarse a la conexión de acero en ángulo. Los orificios \(\phi 60\,\textrm{mm}\) se colocan en el refuerzo vertical para pasar a través de las barras de refuerzo horizontales, y los orificios \(\phi 86\,\textrm{mm}\) y \(\phi Se colocan orificios de 80\,\textrm{mm}\) en el refuerzo horizontal para pasar a través de las barras de refuerzo verticales. Además, se colocan algunos orificios \(\phi 70\,\textrm{mm}\) en los refuerzos horizontales para verter hormigón y vibrar. Las barras de refuerzo adoptan barras de refuerzo de grado HRB400, y los diámetros de las barras de refuerzo verticales y horizontales son \(36\,\textrm{mm}\) y \(22\,\textrm{mm}\) respectivamente. Vale la pena señalar que debido a que las barras de refuerzo pasan a través de los refuerzos, los refuerzos y las barras de refuerzo ya no son simplemente refuerzos y barras de refuerzo en el sentido simple. Se combinan para formar conexiones de corte PBL, realizando así el trabajo colaborativo de la estructura de acero y el hormigón. Los pernos de corte con un diámetro de \(22\,\textrm{mm}\) y una altura de \(150\,\textrm{mm}\) después de la soldadura se sueldan al centro de la rejilla rectangular formada por la vertical. refuerzo y el refuerzo horizontal, que fortalece aún más la conexión entre el hormigón y la carcasa de acero. Las placas de acero exterior e interior están conectadas en un todo a través del ángulo de acero \(L75\times 8\,\textrm{mm}\), lo que es beneficioso para controlar la deformación de la carcasa de acero cuando se vierte el hormigón y aumenta la segmento de rigidez general de la carcasa de acero. Los paneles de acero interiores y exteriores y los refuerzos de la carcasa de acero están hechos de acero Q345C, y el resto de los paneles están hechos de acero Q235B. El hormigón del pilón es hormigón de retracción compensada C50.

Estructuras de carcasa de acero del pilón: (a) estructura de carcasa de acero de la parte inferior del pilón; (b) estructura de armazón de acero de la parte media del pilón; (c) estructura de carcasa de acero de la parte superior del pilón. (Unidad: cm).

La viga transversal es una viga rectangular de acero con una altura de \(2.0\,\textrm{m}\) y un ancho de \(4.6\,\textrm{m}\). El espesor de la placa de acero de la viga transversal es \(20\,\textrm{mm}\). La altura del refuerzo longitudinal es \(160\,\textrm{mm}\), el espesor de la placa es \(16\,\textrm{mm}\) y el espesor del diafragma es \(12\ ,\textrm{mm}\). Hay 12 haces de \(\phi 15.2-22\) cordones de acero pretensados ​​externos de alta resistencia y baja relajación dispuestos a lo largo de la viga inferior, que están tensados ​​en ambos extremos con una tensión de control de tensión de \(1209\,\textrm {MPa}\). Además, hay 12 haces de \(\phi 15.2{-}15\) cordones de acero pretensados ​​externos de alta resistencia y baja relajación dispuestos a lo largo de la dirección longitudinal en la unión de la parte superior y la parte media, que están tensados ​​en ambos extremos. con un esfuerzo de control de tensión de \(1395\,\textrm{MPa}\).

A diferencia de los puentes atirantados tradicionales, la rigidez global de los puentes atirantados de tres pilares suele ser más insignificante debido a los dos tramos intermedios sin pilares auxiliares. Por lo tanto, se consideran diferentes métodos para mejorar la rigidez global de la estructura del puente atirantado de tres o varios pilares y la estabilidad del pilón central:

Mejorar la rigidez del pilón para garantizar la rigidez global y el rendimiento estructural de la estructura;

Aumente la altura de la viga principal para mejorar la rigidez de la viga principal;

Instalar cables auxiliares para aumentar la rigidez en la dirección longitudinal del pilón medio para mejorar la rigidez global y el rendimiento estructural de la estructura;

Se utilizan cables cruzados para anclar en el medio del tramo principal para formar un sistema de celosía para mejorar la rigidez global y el rendimiento de la estructura.

Sin embargo, aumentar la altura de la viga principal para mejorar la rigidez global de la estructura es más adecuado para puentes atirantados de varios pilares con luces más pequeñas. Por ejemplo, el puente francés Millau adopta este método. Sin embargo, resulta antieconómico para un puente atirantado de varios pilares con grandes luces como el JYRB. La instalación de los cables auxiliares entre las torres puede desempeñar un papel en puentes atirantados de varias columnas con luces medianas y pequeñas. Como es bien sabido, el pandeo aumenta significativamente con el aumento de la longitud del cable, reduciendo así la rigidez global y la estabilidad del cable11. Por lo tanto, este enfoque tiene un impacto mínimo en puentes atirantados de múltiples postes de gran luz. Para puentes atirantados con una luz principal de hasta \(600\,\textrm{m}\), el método de cables cruzados puede mejorar la rigidez global, pero la influencia mutua de la vibración del tirante inducida por el viento Los cables en las intersecciones de cables y cómo suprimirlos eficazmente son cuestiones que necesitan más investigación. Por lo tanto, este proyecto adopta el método de aumentar la rigidez del pilón para mejorar la rigidez global. Para pilones en línea convencionales en la dirección longitudinal, la rigidez global del pilón medio debería aumentar si aumenta el ancho longitudinal del pilón medio. Supongamos que la rigidez global cumple los requisitos de la especificación cuando se adopta el pilón en línea convencional en la dirección longitudinal. En ese caso, el ancho del pilón central a lo largo de la dirección longitudinal debería ser mayor que \(16\,\textrm{m}\) según los resultados del cálculo del modelo midas, lo que resulta en una eficiencia económica deficiente. Por lo tanto, es necesario mejorar este método. Sin embargo, la apertura longitudinal de la columna del pilón puede mejorar significativamente la rigidez longitudinal del pilón central. Este debería ser un plan más económico y razonable.

Teóricamente, el pilón longitudinal en forma de A es la estructura más eficaz para el pilón de apertura longitudinal. Sin embargo, puede aumentar el tamaño de la base a lo largo de la dirección longitudinal y las superficies que bloquean el agua. La parte inferior debajo de la plataforma del puente del pilón se retrae para formar un pilón en forma de diamante, lo que puede reducir la cantidad de ingeniería del pilón y los cimientos al tiempo que garantiza la rigidez global del pilón.

Si el pilón se abre longitudinalmente en forma de diamante y el pilón de doble columna todavía se usa transversalmente, el pilón tendrá cuatro patas por encima del tablero del puente. Esto dará como resultado fuerzas complejas para esta estructura de pilón. Además, los tirantes y el pilón de cuatro patas coexisten en un espacio, lo que da como resultado líneas espaciales complicadas y efectos visuales deficientes. Es necesario utilizar un pilón de un solo pilar en dirección transversal. Por lo tanto, la apariencia general será concisa y suave, produciendo un efecto visual único.

Para el pilón de una sola columna que ocupa el espacio central de la viga principal, optimizar el tamaño de la estructura lateral del pilón bajo la premisa de cumplir con diversos requisitos estructurales y técnicos es el punto de apoyo para reducir la escala del proyecto y reducir la inversión del proyecto. Es adecuado para las condiciones de construcción de JYRB y cumple con los requisitos de fuerza estructural de un puente atirantado con una luz principal de \(600\,\textrm{m}\). Si se utilizan pilones de hormigón para JYRB, la dimensión lateral mínima del pilón será \(6.6\,\textrm{m}\). Para optimizar aún más las dimensiones laterales de la estructura del pilón, se deben realizar los siguientes esfuerzos: selección de materiales y composición estructural. Aunque las torres de acero se han utilizado en China con experiencia madura en diseño y construcción. Además, el pilón de estructura de acero tiene una excelente capacidad de carga, rendimiento sísmico y durabilidad estructural. Su superficie exterior lisa y limpia facilita la obtención de un mejor efecto estético. Sin embargo, la construcción de torres de alta estructura de acero requiere grandes equipos de mecanizado y elevación, lo que puede aumentar el costo del proyecto. Vale la pena señalar que para un solo pilón, como un pilón en forma de diamante en la dirección longitudinal, la rigidez a la flexión y la rigidez a la compresión de los postes de estructura de acero son desventajosas si las dimensiones geométricas del pilón de estructura de acero y del pilón de hormigón son las mismas. . Por lo tanto, al combinar las ventajas y desventajas de la torre de hormigón y la torre de acero, las torres compuestas de acero y hormigón pueden ser una buena opción.

Dado que el espaciamiento de las aberturas longitudinales del pilón afectará la rigidez global de todo el puente cuando el espaciamiento de las aberturas longitudinales es demasiado pequeño, la rigidez global de todo el puente puede no ser suficiente. Cuando la separación de las aberturas longitudinales es demasiado grande, resultará antieconómico. Por lo tanto, se estableció un modelo de elementos finitos del sistema de varillas de todo el puente para determinar una separación longitudinal razonable de las aberturas. Además, el espaciamiento de las aberturas longitudinales de los pilones intermedios se utilizó como parámetro para determinar el impacto del espaciamiento de las aberturas longitudinales sobre las deformaciones de la viga principal bajo carga viva, para determinar el impacto del espaciamiento de las aberturas longitudinales del pilón medio sobre la rigidez global de el puente. La Figura 5 muestra la deformación máxima de la viga principal bajo cargas vitales con diferentes espaciamientos de aberturas longitudinales del pilón medio. Como se ve en la Fig. 5, cuando el espacio entre las aberturas longitudinales del pilón central es inferior a 18 m, el valor máximo de deformación de la viga principal bajo cargas vitales excederá la deflexión límite L/400 del código chino. Esto muestra que si se utiliza un único pilón longitudinal en forma de diamante para un puente atirantado con una luz principal de 600 m, la separación de las aberturas longitudinales no puede ser inferior a 18 m para cumplir con los requisitos globales de rigidez del puente. Teniendo en cuenta la rigidez, la estética, la economía y la conveniencia de la construcción, la distancia final entre aberturas longitudinales del puente se fija en 21 m.

La distancia entre las aberturas longitudinales del pilón central.

El pilón es un miembro de flexión excéntrico, mientras que la rigidez axial \(\textrm{EA}\) y la rigidez a la flexión \(\textrm{EI}\) son dos índices importantes para medir la capacidad del pilón para resistir la deformación por fuerza externa. Por lo tanto, el modelo básico se abstrae en función de los pilones reales para comparar el rendimiento de rigidez de los pilones de acero, hormigón y compuestos. A modo de comparación, se selecciona una sección de caja con un perfil exterior de \(5\,\textrm{m}\times 5\,\textrm{m}\). El espesor de la pared del pilón de hormigón y del pilón compuesto es \(1\,\textrm{m}\), y el espesor de la pared del pilón de acero se calcula en función del costo equivalente. Como se muestra en la Fig. 6, hay un total de 332 barras de refuerzo en la sección del pilón de hormigón, que están dispuestas en dos capas. El espaciado de las barras de refuerzo es \(100\,\textrm{mm}\), el diámetro de las barras de acero es \(36\,\textrm{mm}\) y el espesor de la profundidad del recubrimiento de concreto es \( 25\,\textrm{mm}\). Mantuvieron las secciones de pilón compuestas y de hormigón con el mismo contenido de acero para garantizar que los costos de material fueran los mismos. Con respecto al pilón de JXZB, el espesor de la carcasa de acero exterior podría ser \(14\,\textrm{mm}\), y el espesor de la carcasa de acero interior podría ser \(6\,\textrm{mm}\) mediante conversión. Para mantener el costo del material de la torre de acero consistente con el de la torre de concreto, se calcula en base a \(6000\,\textrm{yuan}/\textrm{ton}\) para el acero y \(500\,\textrm {yuan}/\textrm{square}\) para el hormigón, y el espesor de la carcasa de acero convertido es \(25,26\,\textrm{mm}\).

Tres tipos de diagramas de sección transversal: (a) sección de hormigón; (b) sección de acero; (c) sección compuesta sándwich acero-hormigón-acero.

Para las tres secciones transversales del pilón anteriores, la comparación de la rigidez a la compresión axial \(\textrm{EA}\) y la rigidez a la flexión \(\textrm{EI}\) se muestran en la Tabla 2. El cálculo de la rigidez de la sección Los resultados provienen de la calculadora de secciones del software de elementos finitos Midas.

Se puede ver en la tabla que la rigidez axial de la sección de pilón compuesta es la misma que la de la sección de pilón de concreto, y la rigidez a la flexión de la sección de pilón compuesta es ligeramente mayor que la de la sección de pilón de concreto. Tanto las secciones de pilón compuestas como las de hormigón tienen una rigidez de sección significativamente mayor en comparación con las secciones de pilón de acero. Por lo tanto, la sección compuesta del pilón hereda las ventajas de la rigidez significativa de las secciones del pilón de hormigón. Al mismo tiempo, las carcasas de acero en el pilón de estructura compuesta se utilizan como parte de las estructuras tensionadas, que pueden reemplazar parte de las barras de refuerzo para reducir la cantidad de barras de refuerzo y reducir la dificultad de la construcción. Las carcasas de acero también se pueden utilizar como plantilla para mejorar la comodidad y eficiencia de la construcción. En resumen, el pilón compuesto tiene ventajas en propiedades mecánicas y de construcción en comparación con los postes de acero y hormigón.

El modelo de elementos finitos de JXZB se estableció mediante Midas Civil para simular el proceso de las etapas de construcción para determinar la posición de la sección más desfavorable y las condiciones de trabajo más desfavorables. Posteriormente, se estableció mediante ANSYS el modelo de análisis local del segmento del pilón utilizando elementos sólidos. La tensión máxima de tracción del hormigón es \(8.39\,\textrm{MPa}\), y la tensión máxima de compresión es \(-18.3\,\textrm{MPa}\), que aparece en el segmento ZT1. La tensión máxima de tracción de la carcasa de acero es \(54.6\,\textrm{MPa}\), y la tensión máxima de compresión es \(-125\,\textrm{MPa}\), que aparece en el segmento ZT11, ver Fig. 7. Aunque la tensión máxima de tracción del hormigón en la carcasa de acero excede el valor de diseño de la resistencia a la tracción del hormigón C50, el ancho máximo de fisura calculado es \(0,087\,\textrm{mm}\), que es menor que el valor límite del código chino. Por lo tanto, la resistencia del pilón compuesto tipo sándwich de acero, hormigón y acero cumple con los requisitos del código chino. Además, el software Midas también calculó los factores de seguridad de estabilidad estructural no lineal de 103 casos de cálculo en las etapas de construcción y operación. Los resultados del cálculo se muestran en la Fig. 8. En la figura se puede ver que a medida que avanza el desarrollo de la construcción, el coeficiente de estabilidad no lineal K se vuelve gradualmente más pequeño. Una vez finalizado el puente, el valor tiende a ser estable y siempre es más significativo que el límite de especificación. Quizás algunas personas estén más preocupadas por la resistencia al corte de la clave de corte PBL y el vacío del concreto. Otros equipos de investigación han realizado estudios experimentales sobre las claves de corte PBL horizontales y verticales de JXZB, y los resultados muestran que todas las claves de corte PBL horizontales y verticales de JXZB tienen buena resistencia al corte. Para determinar la tasa de huecos del hormigón, nuestro equipo de investigación también lo está probando en un modelo de prueba a escala real. Para obtener resultados específicos, consulte el contenido de la siguiente sección.

Resultado de cálculo más desfavorable del pilón en estado límite de servicio.

La distancia entre las aberturas longitudinales del pilón central.

El pilón compuesto sándwich de acero, hormigón y acero es ahora la primera aplicación en un puente de gran luz. Debido a su estructura compleja única, no es fácil de fabricar, instalar y construir. Para verificar la viabilidad y adaptabilidad del proceso de construcción, se llevó a cabo una prueba de proceso modelo a escala real de este pilón, enfocándose en el izado y posicionamiento de la carcasa de acero, la conexión de refuerzo en el sitio, el proceso de vertido de concreto, el desempeño laboral del El hormigón y la ley de los cambios de temperatura y deformación. A través de la prueba del proceso del modelo a escala real, se previeron los procesos de construcción de un segmento de carcasa de acero del pilón, se encontraron los problemas en los procesos de construcción y se presentaron los asuntos que necesitaban atención para guiar la construcción formal del pilón.

Con base en la experiencia de construcción previa, se determina que el proceso de construcción del pilón compuesto sándwich de acero, concreto y acero es el siguiente:

Fabricar y preensamblar los segmentos de carcasa de acero en fábrica;

Transportar los segmentos de la carcasa de acero;

Izar los segmentos de la carcasa de acero;

Ensamble los segmentos de la carcasa de acero;

Conecte las barras de refuerzo en la carcasa de acero y suelde los segmentos de la carcasa de acero;

Vierta y vibre el hormigón en la carcasa de acero;

Cure el hormigón en la carcasa de acero;

Cincelar la parte superior del hormigón y quitar la escoria;

Levante el siguiente segmento de la carcasa de acero.

Selección de segmentos de prueba

La selección de los segmentos de prueba debe reflejar las características estructurales de cada segmento de los pilones y las posibles dificultades de construcción, y también debe reflejar los puntos clave del control de calidad de la construcción del segmento de los pilones en cada etapa. Combinando con la economía, después de una cuidadosa consideración, se eligieron el segmento BT24 (un solo brazo) y \(800\,\textrm{mm}\) de la parte superior del segmento BT23 (conectado al segmento BT24) del pilón lateral. como los segmentos del modelo de prueba a gran escala. El segmento BT24 está en el segmento superior de las partes medias del pilón lateral, como se muestra en la Fig. 2g. El modelo de prueba tiene una altura de \(5.6\,\textrm{m}\) y un peso de \(30.5\,\textrm{t}\). La estructura del modelo a escala real del segmento de prueba se muestra en la Fig. 9.

Procesos de prueba

Los segmentos de carcasa de acero se fabrican y ensamblan en fábrica. Luego, son transportados al sitio del puente después de pasar la inspección y aceptación. El segmento de carcasa de acero BT23 se iza mediante una grúa para automóvil. Luego se fija el segmento de carcasa de acero BT23 a la base. El hormigón de \(30\,\textrm{cm}\) de altura inferior se vierte previamente y el hormigón de \(50\,\textrm{cm}\) de altura restante se vierte junto con el segmento de carcasa de acero BT24. Una vez que el hormigón prevertido alcanza la resistencia de diseño, se iza el segmento de armazón de acero BT24 y se completa el posicionamiento inicial. Fije temporalmente los segmentos de la carcasa de acero con piezas coincidentes temporales entre los segmentos. Las piezas coincidentes temporales se liberan después de que se completa la conexión de soldadura entre los segmentos de la carcasa de acero. La soldadura simétrica se utiliza para la conexión de segmentos para evitar un gradiente de temperatura excesivo de la carcasa de acero debido a la soldadura asimétrica. Una vez calificadas las soldaduras, se conectarán las barras de refuerzo verticales. Cuando los segmentos de la carcasa de acero estén conectados, el hormigón se verterá capa por capa. El espesor de cada capa de hormigón es de aproximadamente \(40\,\textrm{cm}\). El almacenamiento y mantenimiento del agua se llevan a cabo cuando se fragua inicialmente el hormigón.

Monitoreo de datos

Debido a la delgada placa de acero, es necesario controlar la deformación de la placa de acero durante todo el proceso. Los sensores de deformación están dispuestos en la superficie de la placa de acero para detectar las deformaciones del proceso de elevación, soldadura y vertido de hormigón, como se muestra en la Fig. 10. Al mismo tiempo, para garantizar la calidad del hormigón que compensa la contracción, la temperatura, En el ensayo también se controló la deformación del hormigón. La tensión y la temperatura se recopilan mediante el recolector de datos multifuncional Changsha Jinma JMBV-1116. Los datos de desplazamiento se recopilan mediante un comparador electrónico. La disposición de los puntos de medición correspondientes se muestra en la Fig. 10. Una vez completado el curado del hormigón, se utilizan pruebas ultrasónicas para detectar la tasa de vaciado de la carcasa de acero.

Modelo de segmento a escala real.

Disposición de los puntos topográficos del modelo a escala real: (a) distribución de los puntos topográficos en el mapa de elevación; (b) distribución de los puntos de reconocimiento en la sección del pilón.

Deformación de la carcasa de acero.

Durante el proceso de elevación, se colocan cuatro puntos de elevación en la pared exterior de la carcasa de acero exterior del segmento de carcasa de acero de modo que pueda producirse la máxima deformación relativa en la carcasa de acero interior. Los resultados del análisis de elementos finitos del levantamiento muestran que el desplazamiento máximo ocurre en la carcasa de acero interior, el valor de desplazamiento es \(1.3\,\textrm{mm}\), ver Fig. 11a. Los resultados reales de la medición durante el levantamiento muestran que el desplazamiento máximo de la carcasa de acero ocurre en la carcasa de acero interior durante el proceso de elevación, y el valor de desplazamiento es \(1.1\,\textrm{mm}\), que es consistente con el finito resultados del análisis de elementos.

El campo de temperatura desigual del proceso de soldadura es propenso a la deformación residual de la soldadura. Supongamos que el valor de deformación de la soldadura es considerable, lo que afectará la instalación y confiabilidad de la estructura. Por lo tanto, es necesario prestar atención a la deformación residual de la soldadura. Según los resultados reales de la medición, la deformación por soldadura de la sección superior del segmento de carcasa de acero se muestra en la Fig. 11b. La deformación máxima durante el proceso de soldadura es de aproximadamente \(1,2\,\textrm{mm}\). Muestra que el proceso de soldadura tiene una influencia insignificante en la deformación de la carcasa de acero.

La deformación de la carcasa de acero: (a) los resultados del análisis de elementos finitos del levantamiento; (b) la deformación por soldadura de la sección superior.

Los valores de deformación de la carcasa de acero se miden para obtener la influencia de la presión lateral y la reacción de calor de hidratación sobre la deformación de la carcasa de acero cuando se vierte el hormigón. La Tabla 3 muestra los valores máximos de deformación de la capa exterior de acero y la capa interior de acero de las secciones típicas (sección superior, sección media y sección inferior) del segmento. Se puede ver en la Tabla 3 que la deformación de la carcasa de acero exterior es mayor que la de la carcasa de acero interior, y la deformación de la sección superior es como la de la sección inferior, pero ambas son mayores que la deformación de la sección media. sección. Esto puede estar relacionado con la inclinación del segmento de la carcasa de acero. En general, el nivel de deformación del segmento es relativamente bajo y el valor máximo de deformación es menor que \(1.5\,\textrm{mm}\). Por lo tanto, el proceso de vertido de hormigón tiene poco efecto sobre la deformación de la carcasa de acero.

La temperatura del hormigón.

Como el experimento se llevó a cabo en el campo en invierno, la temperatura fue de aproximadamente 0 a \(5.0\,^{\circ }\textrm{C}\). Por lo tanto, el concreto se mezcla con agua tibia y la temperatura del agua de mezcla es \(16.8\sim 17.5\,^{\circ }\textrm{C}\). La temperatura del concreto que sale de la estación de mezclado es de aproximadamente \(8.5\,^{\circ }\textrm{C}\), y la temperatura de bombeo del concreto es de aproximadamente \(10.0\,^{\circ }\textrm{ C}\). Los resultados del monitoreo de temperatura del núcleo de concreto mostraron que:

Después de verter el concreto, la temperatura interna del concreto comenzó a aumentar, la temperatura más alta fue \(47.2\,^{\circ }\textrm{C}\), el aumento de temperatura máximo real del concreto fue aproximadamente \( 37.0\,^{\circ }\textrm{C}\), y el pico de temperatura apareció en \(43\textrm{h}\) después del inicio del vertido del concreto;

La diferencia máxima de temperatura entre el interior del concreto y la superficie ocurrió 49 h después del vertido, y la diferencia de temperatura fue \(27.1\,^{\circ }\textrm{C}\);

La temperatura interna del concreto es la misma que la temperatura ambiente de \(193\,\textrm{h}\) después del inicio del vertido, y se completa la disipación de la temperatura interna.

Curva histórica de temperatura del hormigón.

El modelo de elementos finitos del análisis del calor de hidratación del modelo experimental se estableció mediante el uso de elementos sólidos en un software de elementos finitos. De acuerdo con los resultados del cálculo de la temperatura de simulación, se lleva a cabo el análisis del historial del tiempo de calor de hidratación y se compara con los valores medidos reales en el lugar. La curva histórica de la temperatura del concreto se muestra en la Fig. 12. En la Fig. 12 se puede ver que la temperatura máxima calculada del concreto modelo es \(46.7\,^{\circ }\textrm{C}\), que es un poco diferente del valor medido real a través del sensor de temperatura. La temperatura máxima calculada y el tiempo de aparición del pico de temperatura del hormigón son consistentes con el valor medido. La ley de los aumentos y descensos de la temperatura del hormigón es consistente con los valores medidos, lo que demuestra que el resultado del cálculo es preciso y confiable. Para la temperatura alta en el caso de verano (la temperatura ambiente es \(28.0\,^{\circ }\textrm{C}\)), los resultados del cálculo muestran que el aumento máximo de temperatura en el concreto es \(67.8\, ^{\circ }\textrm{C}\), el tiempo máximo de temperatura aparece \(44\,\textrm{h}\) después del inicio del vertido, y el aumento de temperatura es de aproximadamente \(39.8\,^{\ círculo }\textrm{C}\). Por lo tanto, en la estación calurosa se deben tomar medidas como reducir la temperatura de vertido, controlar la temperatura y la humedad ambiental del área de vertido en el sitio y elegir el tiempo de vertido adecuado para garantizar que la temperatura interna del hormigón cumpla con los requisitos de diseño. .

La deformación del hormigón.

El efecto del control de la deformación del hormigón se puede verificar según la deformación del hormigón en las diferentes partes. Los datos recopilados de medición de campo de deformación del concreto se organizaron y dibujaron en curvas históricas de deformación del concreto, como se muestra en la Fig. 13. En la Fig. 13 se puede ver que el valor máximo de deformación observado dentro del concreto es aproximadamente \(111\times 10). ^{-6}\), y el valor mínimo de deformación es aproximadamente \(-35\times 10^{-6}\). El historial de cambios de deformación es consistente con el historial de cambios de temperatura del concreto. El tiempo de aparición del valor máximo de deformación es el mismo que el tiempo de aparición del valor máximo de temperatura, y el aumento de temperatura interna del hormigón tiene una influencia más significativa en la deformación del hormigón. Después de que el calor en el concreto se disipa (\(193\,\textrm{h}\)), el valor de deformación de cada punto de medición es estable y el valor de deformación de diferentes puntos de medición es estable en \(5.8\times 10^ {-6}{\sim }-35\veces 10^{-6}\). La deformación del hormigón cambia lentamente con la fluctuación de la temperatura ambiente.

Curva histórica de deformación del hormigón.

La tasa de vaciado de la carcasa de acero.

Se utiliza un cuadrado \(40\times 40\,\textrm{cm}\) como cuadrícula de control, y cada cuadrícula es un área de medición común. Cada superficie de la carcasa de acero está dividida en áreas de medición estándar. Si hay vacíos concretos en el área de medición estándar cuadrada de \(40\times 40\,\textrm{cm}\), la cuadrícula se refinará en el área de medición y el tamaño de la cuadrícula refinada será \(10\ multiplicado por 10\,\textrm{cm}\). El área vacía con menos de 0,5 cuadrículas refinadas se descarta y el área vacía con más de 0,5 cuadrículas refinadas se cuenta como 1 cuadrícula refinada. La Figura 14 muestra la distribución de áreas vacías según los resultados medidos. Se puede ver en la figura de distribución de huecos que la tasa de huecos de la parte superior de la carcasa de acero es significativamente mayor que la de la parte inferior, lo que puede deberse a la flotación y acumulación de burbujas de aire internas durante el proceso de vertido de hormigón. La tasa de vacíos en ambos lados de la carcasa de acero exterior es mayor que en el medio, mientras que la tasa de vacíos en el medio de la carcasa de acero interior es mayor que en ambos lados. Los datos estadísticos se dan en la Tabla 4. La tasa de huecos de la carcasa exterior de acero es de aproximadamente el 10% al 15%, y la tasa de huecos de la carcasa interior de acero es de aproximadamente el 6% al 11%. La tasa de huecos total de la carcasa de acero exterior es del 12,41% y la tasa de huecos total de la carcasa de acero interior es del 7,86%. Esto significa que la tasa de vacíos de la carcasa de acero interior es significativamente menor que la de la carcasa de acero exterior. Por lo tanto, es necesario mejorar aún más el método de vertido y las condiciones de curado en la construcción del puente real para reducir la tasa de huecos, como fortalecer la vibración de las posibles áreas vacías o del tubo de escape incorporado y al mismo tiempo adoptar algún aislamiento. Medidas durante el curado del hormigón para reducir la diferencia de temperatura entre la carcasa de acero y el hormigón. Para áreas con vacíos importantes, es posible que se requiera lechada secundaria para su remediación.

Resultados de la detección de huecos en el hormigón.

El pilón compuesto sándwich de acero, hormigón y acero es un nuevo tipo de pilón que combina estructuras permanentes y temporales. La carcasa de acero no sólo interviene en la fuerza estructural, sino también en el encofrado de vertido de hormigón. Las barras de refuerzo en el pilón se colocan y ensamblan con la carcasa de acero en fábrica, lo que elimina el proceso de ensamblar refuerzos en el sitio, logrando así una rápida construcción del pilón. Según la altura y el peso del segmento del pilón, la carcasa de acero de la parte inferior se iza mediante una grúa flotante y la carcasa de acero de las partes media y superior se iza mediante una grúa de pilón. La instalación de la parte inferior utiliza el soporte de construcción temporal del bloque 0# de la viga principal como plataforma de trabajo de construcción, y la instalación de las partes media y superior utiliza un sistema de plataforma operativa de ascenso automático hidráulico.

El posicionamiento e instalación precisos del primer segmento de la carcasa de acero es la base para garantizar la construcción del pilón, y su precisión de instalación afecta directamente la precisión de la instalación de todo el pilón. Dado que los segmentos de la carcasa de acero han sido procesados ​​en fábrica, la instalación en el sitio es sólo una reproducción del ensamblaje en la fábrica, y su posición espacial no se puede ajustar segmento por segmento como un poste de hormigón. Por lo tanto, el espacio para la placa inferior y la superficie superior del primer segmento de pilón debe ser muy preciso. JYRB utiliza los siguientes aspectos para garantizar el posicionamiento preciso del pilón (ver Fig. 15):

Uso de tecnología BIM (Building Information Modeling) para analizar la colisión y posicionamiento de barras de refuerzo. Se estableció un modelo BIM, incluido el primer segmento del pilón con el posicionamiento de las piezas integradas, la plataforma y la base del pilón, y realizando una inspección de colisiones. Ubique con precisión las posiciones específicas de cada barra de refuerzo vertical incrustada a través del modelo BIM para realizar la alineación precisa de la barra principal vertical incrustada en la superficie superior de la plataforma y la barra principal vertical preinstalada en la carcasa de acero.

Se instalan dos placas de posicionamiento de barras de refuerzo en la plataforma para mejorar la precisión de las barras de refuerzo incrustadas. Los orificios de las barras de refuerzo en las placas de posicionamiento se posicionan y perforan con precisión mediante máquinas herramienta CNC (control numérico por computadora).

Incrustar marcos de posicionamiento para garantizar la precisión de instalación de la carcasa de acero del primer segmento. Los marcos de posicionamiento vertical y horizontal se colocan en la fábrica al pie de la carcasa de acero del primer segmento. Al mismo tiempo, se incrusta otro marco de posicionamiento durante la construcción de la plataforma para garantizar la precisión de instalación del primer segmento de la carcasa de acero.

Utilizando tecnología de conexión de manguito de bloqueo cónico. Es difícil controlar y hacer coincidir la interfaz entre los segmentos debido a la sección transversal perfilada de gran tamaño. Factores como refuerzos de pared internos y externos, ángulos de acero, barras de acero horizontales y estribos entrecruzados, así como deformaciones impredecibles y el impacto del vertido de concreto, afectan la precisión de la instalación del primer segmento de la carcasa de acero. Por lo tanto, resulta difícil utilizar manguitos roscados rectos para conectar las barras de refuerzo verticales. Los manguitos de bloqueo cónicos conectan las barras de refuerzo verticales en el proceso de construcción, lo que resuelve el problema de conexión de las barras de refuerzo preincrustadas en segmentos de sección grande.

Tecnología de posicionamiento precisa para el primer segmento.

Debido a que los segmentos de la carcasa de acero son estructuras de formas especiales, y el centro del segmento no se superpone en la proyección vertical, esto trae dificultades más significativas para el posicionamiento preciso del izado del segmento. Por esta razón, se desarrolló un nuevo tipo de separador de puntal de precisión ajustable para elevación segmentaria. Como se muestra en la Fig. 16, el esparcidor consta de 4 vigas, cuatro pares de juntas de conexión superiores e inferiores y cables de acero. Al ajustar las longitudes de las vigas separadoras y colocar el grillete de ajuste en el extremo de los cables de acero, se realiza la función de ajustar la distancia del punto de elevación, la inclinación del segmento y el centro de gravedad de elevación. Resuelve el problema de elevación de los segmentos de carcasa de acero de forma especial del pilón.

Elevación de segmentos de carcasa de acero y posicionamiento preciso.

Para localizar y conectar rápidamente el segmento al segmento instalado, se instalan piezas coincidentes entre esos segmentos en fábrica. Una vez completada la conexión entre segmentos, se libera el dispositivo coincidente. Al realizar un ajuste de posición preciso en el sitio, primero ajuste las placas de acero de soporte de las ocho piezas coincidentes en la parte inferior del segmento de la carcasa de acero de acuerdo con los datos coincidentes de fábrica y las instrucciones de monitoreo. En segundo lugar, cada rama del pilón retiene una parte coincidente del punto de bloqueo, perforando el clavo y retirando las tres partes restantes, perforando los clavos y pernos para que el segmento pueda rotarse ligeramente en el plano horizontal. Al mismo tiempo, las piezas coincidentes se mantienen encajadas y el lateral se rellena con placas de acero para corregir la torsión. Una vez realizado el ajuste, es necesario volver a verificarlo y se puede construir el proceso posterior una vez que se cumplan los requisitos.

Cabe señalar que el segmento de carcasa de acero no ha sido mecanizado en su cara frontal. En comparación con el pilón de estructura de acero con la cara final mecanizada, los segmentos de carcasa de acero sin mecanizar exhiben una precisión de base vertical y una precisión de preensamblaje bajas, y el efecto de fijación deficiente de las piezas coincidentes. En este sentido, la torre compuesta tipo sándwich de acero, hormigón y acero será más propensa a errores que las torres de acero. Por lo tanto, es necesario configurar más segmentos de ajuste para corregir y ajustar el error.

La plataforma trepadora hidráulica automática se utiliza ampliamente en la construcción de torres altas en ingeniería de puentes. El sistema trepador convencional consta de dos partes: vías y plataforma trepadora. En la construcción de escalada, generalmente se sube primero la vía y luego la plataforma de construcción. El proceso de construcción de todo el sistema es complicado y el período de construcción se prolonga. Las vías y la plataforma de construcción adoptan un diseño diferente, aumentando el tamaño y el peso del espacio de todo el sistema.

Se utiliza una nueva plataforma trepadora automática hidráulica para construir pilones de puentes compuestos tipo sándwich de acero, hormigón y acero. Esta nueva plataforma de ascenso automático incluye tres capas para proporcionar una plataforma operativa para el levantamiento de carcasas de acero, soldadura entre segmentos y revestimiento de superficies. Al mismo tiempo, el sistema también introduce un conjunto de sistemas de control inteligentes, es decir, pequeños sistemas hidráulicos estándar, sistemas de monitoreo en tiempo real y sistemas inteligentes de alerta temprana; consulte la Fig. 17. En comparación con la plataforma trepadora tradicional, esta plataforma trepadora automática realiza el ascenso sincrónico de la vía y la plataforma de construcción, reduciendo los pasos de operación y el peso total del dispositivo de ascenso. Al mismo tiempo, la plataforma de operación manual es escalable, lo que evita repetidos trabajos de desmontaje y montaje manual, mejorando así la eficiencia del trabajo y la resistencia al viento de la plataforma de construcción.

Plataforma elevadora automática hidráulica.

Una bomba de automóvil vierte el hormigón de la parte inferior del pilón. Debido a la limitación de la altura de bombeo de la bomba de automóvil, el hormigón de las partes media y superior se transporta mediante una gran grúa de pilón que levanta la tolva. El asentamiento del concreto se puede controlar en \(18\sim 20\,\textrm{cm}\), asegurando el desempeño de la construcción del concreto. El almacenamiento en frío se utiliza para enfriar la arena y la piedra en el clima caluroso del verano. Al mismo tiempo, el mecanismo de hielo triturado se utiliza para enfriar el agua de mezcla para controlar el concreto que ingresa a las carcasas de acero y garantizar que la temperatura central del concreto no sea mayor que \(65.0\,^{\circ }\textrm{ C}\). Los orificios de vibración están reservados en la placa de refuerzo horizontal de la carcasa de acero. Durante el proceso de vertido y vibración del hormigón, la varilla vibratoria se inserta en el orificio vibratorio para garantizar la compacidad del hormigón. Al verter el hormigón cerca del revestimiento de acero, los orificios de ventilación y vibración del hormigón de \(70\,\textrm{mm}\) de diámetro abiertos en las placas de refuerzo circunferenciales se utilizan por completo para garantizar la calidad de la construcción de vertido de hormigón.

Para evitar grietas entre el concreto y la cubierta de acero debido a la rápida pérdida de agua en la superficie del concreto, el concreto superior debe protegerse mediante almacenamiento de agua a tiempo después del fraguado inicial del concreto, y la profundidad de almacenamiento de agua no debe ser menor que \(10\,\textrm{mm}\). Cuarenta y ocho horas después del fraguado final del concreto, se corta la superficie superior con una pica eléctrica y se controla la profundidad para que sea de aproximadamente \(10\,\textrm{mm}\). La escoria del hormigón, después del cincelado, se limpia con una aspiradora para mejorar la eficiencia y el efecto de eliminación de la escoria. El vertido y curado del hormigón se muestran en la Fig. 18.

Vertido y curado de hormigón en carcasa de acero.

Los pilones sándwich de acero, hormigón y acero se han utilizado por primera vez en puentes atirantados de luces largas. Ha logrado resultados ideales en el aumento de la tasa de producción fabril, la construcción rápida y la reducción del uso de mano de obra. La comparación con las torres de hormigón y las torres de acero en términos de inversión en construcción y eficiencia de la construcción se muestra en la Tabla 5.

Se puede ver en la Tabla 5 que hay pocas instalaciones temporales para la construcción de torres compuestas tipo sándwich de acero, hormigón y acero, la velocidad de construcción es aproximadamente 1,4 veces mayor que la de las torres de hormigón y la mano de obra es solo aproximadamente 1/4 de esa. de pilones de hormigón. La mayor parte del trabajo se realiza en la fábrica, lo que puede aumentar significativamente la tasa de construcción de pilones en la fábrica y garantizar la calidad de la construcción. Debido a la reducción de mano de obra, la gestión y el control de la seguridad son fáciles de implementar y se mejora la seguridad del personal de construcción. Aunque las torres de acero pueden ser más prominentes que las torres compuestas tipo sándwich de acero, hormigón y acero en estos aspectos, los costos de construcción de las torres de acero son aproximadamente tres veces mayores que los de las torres de hormigón debido al amplio equipo de elevación requerido para las torres de acero. Sin embargo, las torres compuestas tipo sándwich de acero, hormigón y acero cuestan sólo 1,2 veces más que las de hormigón. Por tanto, gasta un poco más que el pilón de hormigón y obtiene mejores resultados en muchos otros aspectos. El pilón compuesto tipo sándwich de acero, hormigón y acero puede ser una buena opción para puentes soportados por cables de gran luz.

El pilón compuesto sándwich de acero, hormigón y acero es un nuevo tipo de pilón compuesto de acero y hormigón que se aplicó por primera vez al puente atirantado de gran luz. Este estudio se centra en las ideas de diseño y técnicas de construcción clave de este tipo de torre y extrae las siguientes conclusiones:

Los resultados del cálculo muestran que los pilones del puente presentan buenas propiedades mecánicas y pueden garantizar la seguridad de la estructura.

La prueba del modelo de proceso a escala real confirmó la viabilidad de una construcción rápida de la estructura y proporcionó una alerta temprana sobre posibles problemas en las construcciones reales.

La aplicación de la tecnología BIM, la investigación y el desarrollo de separadores especiales y plataformas de construcción garantizan la instalación precisa de las estructuras.

El conjunto modular fabricado en fábrica de la estructura de carcasa de acero reforzado reduce efectivamente la intensidad y dificultad de las operaciones en el sitio, mejora la calidad del proyecto y reduce el riesgo de construcción.

La aplicación exitosa de este pilón de puente marca la formación de un conjunto completo de tecnología de construcción de pilón compuesto tipo sándwich de acero, hormigón y acero, que puede usarse ampliamente en puentes similares.

Algunos o todos los datos, modelos o códigos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Wang, et al. Avances de la investigación sobre torres de puentes compuestos de acero y hormigón. Adv. Madre. Res. 250–253, 2392–2395. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.250-253.2392 (2011).

Artículo de Google Scholar

Aparicio, AC & Casas, JR El puente atirantado del Alamillo: Cuestiones especiales enfrentadas en el análisis y construcción. Proc. Inst. Civilización. Ing. Estructura. Construir. 122(4), 432–450. https://doi.org/10.1680/istbu.1997.29832 (1997).

Artículo de Google Scholar

Hsu, et al. Evaluación experimental del comportamiento sísmico de columnas tipo cajón sándwich. Tierraq. Ing. Estructura. Din. 28, 823–840. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2004.12.003 (1999).

3.0.CO;2-6" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-9845%28199908%2928%3A8%3C823%3A%3AAID-EQE839%3E3.0.CO%3B2-6" aria-label="Article reference 3" data-doi="10.1002/(SICI)1096-9845(199908)28:83.0.CO;2-6">Artículo de Google Scholar

Tao, et al. Comportamiento experimental de columnas de trozos estructurales de acero hueco (HSS) de paredes delgadas reforzadas y rellenas de hormigón. J. Constr. Res. de acero. 61, 962–983. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2004.12.003 (2005).

Artículo de Google Scholar

Xie, et al. Ensayos estáticos sobre vigas sándwich acero-hormigón-acero. J. Constr. Res. de acero. 63, 735–750. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2006.08.001 (2007).

Artículo de Google Scholar

Morgenthal, G., Sham, R. & West, B. Ensayos estáticos en vigas sándwich de acero, hormigón y acero. J. Bridge. Ing. 15(2), 144-152 (2010).

Artículo de Google Scholar

Zeng, et al. Investigación experimental sobre pilón compuesto de acero y hormigón de doble piel. Universidad J. Tongji. (Nat. Sci.) 40(10), 1339–1444 (2012) ((en chino)).

Google Académico

Leng, WH Análisis estructural de PylonHunan compuesto de acero y hormigón pretensado. Tesis de maestría, Universidad (Changsha, China, 2012). (en chino).

Richard Liew, JY et al. Ensayos estáticos sobre vigas sándwich acero-hormigón-acero. J. Constr. Res. de acero. 130, 202–221 (2017).

Artículo de Google Scholar

Wei, et al. Ensayo de probeta para el comportamiento mecánico de una unión mixta acero-hormigón en un pilón de un puente atirantado. Ing. Mec. 30(1), 255–260. https://doi.org/10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0351 (2013).

Artículo de Google Scholar

Akhoondzade-Noghabi, V. & Bargi, K. Estudio sobre diferentes configuraciones de cables de puentes atirantados utilizando una evaluación de riesgo sísmica desarrollada. Estructura. Ing. En t. 26(4), 312–323. https://doi.org/10.2749/101686616X14555428759280 (2016).

Artículo de Google Scholar

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Este estudio fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Hunan, China (No. 2021JJ40593) y fondos abiertos del Laboratorio Clave de Control de Seguridad de Ingeniería de Puentes del Ministerio de Educación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha, China (No. 19KB08) . Estos programas son agradecidos.

Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha, Changsha, Hunan, China

Bida Pei

CCCC Second Harbour Engineering Company Ltd., Wuhan, Hubei, China

Aixiu Chong, Huan Xia y Xueyun Kang

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BP concibió y diseñó la investigación. AC y XK realizaron la simulación numérica y las pruebas de campo. BP y HX analizaron los datos. BP completó las revisiones gramaticales y de contenido. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Bida Pei.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Pei, B., Chong, A., Xia, H. et al. Diseño y tecnología clave de construcción de un pilón compuesto sándwich de acero, hormigón y acero para un puente atirantado de gran luz. Informe científico 13, 6626 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33316-7

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Recibido: 04 de octubre de 2022

Aceptado: 11 de abril de 2023

Publicado: 24 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33316-7

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