c0 introduce re - poduri metalice 2

PODURIPODURIPODURIPODURI

metalicemetalice

Conf.dr.ing. Edward PETZEK

20112011

Universitatea “Politehnica” din Timisoara

Structura materialului Structura materialului

• Scurt istoric

• Modul de lucru

• Concepte de baza

• Tipuri de structuri

• Constructia de poduri

Istoricul dezvoltarii podurilorIstoricul dezvoltarii podurilor

600 i.C. Babilon600 i.C. BabilonPoduri naturalePoduri naturale

Imparat Nabucodonosor

Trunchiuri de copaci

Imparat NabucodonosorPeste raul EufratInfrastructuri – zidarieSuprastructura – busteni Trunchiuri de copaci

Stancip

din lemnLungime 300 m

Rezistenta materialelorTeorii

Boltile romanePrepararea mortarelor hidraulice

Poduri pe arceTeorii

matematiceScoala lui Perronet

100 d.C. Romani100 d.C. Romani

Prepararea mortarelor hidraulice

1300 d.D. Renaissance1300 d.D. Renaissance

History of Bridge DevelopmentHistory of Bridge Development

1800 d.D.1800 d.D. 1920 d.D.1920 d.D.

P i l d t li di f tPoduri suspendate

Utili t l l iPrimul pod metalic din fontaCoalbrookdale, Anglia

Utilizarea otelului pentru cablurile de suspendare

Poduri pe grinzi cu zabreleReguli de proiectare

Betonul precomprimatOtelul TMReguli de proiectare

1900 d.D.1900 d.D. 2000 d.D.2000 d.D.

Cum lucreaza podurile?Cum lucreaza podurile?

Funcţia principală a unui pod constă înFuncţia principală a unui pod constă în asigurarea continuităţii traficului peste un obstacol în condiţii de siguranţă şi

i it teconomicitate.Preluarea incarcarilor din trafic (in principal) prin intermediul elementelor caii de rulare, ptransmiterea eforturilor elementelor principale de rezistenta – grinzilor principale si cedarea acestora prin intermediul infrastructurii (culei si pile) terenului bun de fundare.

Concepte de bazaConcepte de baza• Înălţimea de liberă trecere sub pod – spaţiul liber pe verticală măsurat

între punctul cel mai de jos al suprastructurii, inclusiv săgeata elastică a acesteia, şi nivelul apei stabilit pentru un debit cu o anumită probabilitate – N.A.E.

• Înălţimea de construcţie – diferenţa de nivel între nivelul superior al ţ ţ ţ pcăii - NSC (nivelul şinelor la podurile c.f. sau nivelul maxim al căii de circulaţie la podurile de şosea) şi punctul cel mai de jos al suprastructurii, inclusiv săgeata elastică a acesteia.

• Deschiderea teoretică sau de calcul (l) – distanţa dintre axele a douăDeschiderea teoretică sau de calcul (l) distanţa dintre axele a două aparate de reazem succesive ale aceluiaşi element de rezistenţă.

• Lumina (l0) – distanţa pe orizontală între două puncte ale unor infrastructuri vecine, la un anumit nivel. Lumina are valori diferite funcţie de nivelurile la care se face măsurătoarea De obicei se alegefuncţie de nivelurile la care se face măsurătoarea. De obicei se alege nivelul cuzineţilor.

Grinda – element structural rigid, in mod obisnuit orizintalConcepte de bazaConcepte de baza

Grinda

Pil

Infrastructura - are rolul de a prelua încărcările are rolul de a prelua încărcările ti l i i t l it d l t t ăti l i i t l it d l t t ă

Pila

verticale şi orizontale provenite de la suprastructură verticale şi orizontale provenite de la suprastructură prin intermediul aparatelor de reazem şi a le transmite prin intermediul aparatelor de reazem şi a le transmite către terenul de fundare.către terenul de fundare.

Infrastructurile podurilor au următoarele părţiInfrastructurile podurilor au următoarele părţiInfrastructurile podurilor au următoarele părţi Infrastructurile podurilor au următoarele părţi componente:componente:FundaţiaFundaţia –– asigură transmiterea acţiunilor la terenul asigură transmiterea acţiunilor la terenul de fundare;de fundare;de fundare;de fundare;ElevaţiaElevaţia –– porţiunea vizibilă din infrastructură, situată porţiunea vizibilă din infrastructură, situată între fundaţie şi aparatele de reazem ale între fundaţie şi aparatele de reazem ale suprastructurii;suprastructurii;

Compresiune Intindere

p ;p ;CuzineţiiCuzineţii –– situaţi sub reazemele fiecărei grinzi pentru situaţi sub reazemele fiecărei grinzi pentru a prelua presiunile mari ce iau naştere sub aparatele a prelua presiunile mari ce iau naştere sub aparatele de reazemde reazem

Concepte de bazaConcepte de baza

Grinda cu zabrele – reprezinda un cadru rigid, alcatuit din elemente constructive (talpi superioare si inferioare, diagonaleelemente constructive (talpi superioare si inferioare, diagonale si montanti) ce concura in noduri formand o serie de triunghiuri indeformabile.

Stabil - (adj.) capacitatea de a rezista deformatiilor sau colapsului; stabilitate (subst.) caracteristica structurii de a prelua si transmite incarcari fara a se deforma in mod i ifi d dsignificant sau de a ceda.

Deformare – modificarea formei initiale.

Tipuri de structuriTipuri de structuriTipuri de baza:Tipuri de baza:

•Poduri pe grinzi•Poduri pe arcep•Poduri suspendate

Alegerea tipului de structura depinde de multi parametrii.

Totusi parametrul de baza ce controleaza acest aspect esteTotusi parametrul de baza ce controleaza acest aspect este dimensiunea obstacolului de traversat. Cat de departe este un mal de celalalt? Aceasta este intrebarea de baza.

…sau… Ce lungime poate fi acoperita de o singura deschidere?

Tipuri de structuriTipuri de structuri

FormaA Material

Lemn

ArcGrinda

S d ZidarieBeton

Suspendat

FontaOtel

Tipuri de structuriTipuri de structuri

ArcArcG i dG i dGrindaGrinda

New River Gorge Bridge

SuspendatSuspendat

Kocher Viaduct (Germany)Kocher Viaduct (Germany)

Golden Gate Bridge

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Piatra Fonta

Beton Otel

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri pe grinziPoduri pe grinzi

Sunt alcatuite din grinzi orizontale asezate la fiecare capat pe infrastructura (pile / culei).

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri pe grinziPoduri pe grinzi

Mod de lucru

Fy

R1 R2

x

Fx = 0

1 2

Fy = R1+R2-F = 0

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri pe grinziPoduri pe grinzi

Moduri de solicitare - intindere, compresiune, t i f f & i itorsiune, forfecare, & incovoiere

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri pe grinzi cu zabrelePoduri pe grinzi cu zabrele

Poduri pe grinzi cu zabrelePoduri pe grinzi cu zabreleTipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri pe grinzi cu zabrelePoduri pe grinzi cu zabrele

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri pe arce si boltiPoduri pe arce si bolti

Mod de lucru

Tipuri de structuriTipuri de structuri

• Podul Sydney Harbor in • Podul Bixby Creek• Podul Sydney Harbor in Australia

Podul Bixby Creek, California

-Longest arch bridge in the world-Took 9 years to build

-Made reinforced concrete-110m main span80m above watery

-Held together by six million rivets-Founded on sandstone rock excavated to 12m

-80m above water-One of the largest single arch concrete bridges in the world

Poduri suspendatePoduri suspendate Tipuri de structuriTipuri de structuriUn fir suspendat la capete ia ca forma naturală curba de echilibru sub acţiunea greutăţii proprii – formă denumită lănţişor. Din antichitate oamenii au intuit şi au folosit această

lit t f l i d fi l t t ă i (li ) Î l l l XIXcalitate folosind firul pentru traversări (liane). În secolul al XIX –lea constructorii de poduri au realizat în acest scop lanţuri din bare, fiecare bară fiind alcătuită din mai multe plăci, îmbinate cu buloane În acest sistem au fost executate poduri pe lanţuricu buloane. În acest sistem au fost executate poduri pe lanţuri de deschideri mijlocii şi mari. Execuţia acestor lanţuri era extrem de laborioasă iar comportarea lor nesigură.La sfârşitul secolului XIX şi în secolul XX industria a reuşit săLa sfârşitul secolului XIX şi în secolul XX industria a reuşit să producă aşa numitele cabluri alcătuite din fire trase de oţel de diferite forme şi dimensiuni capabile la rezistenţe foarte mari. Astfel au apărut poduri suspendate din ce în ce mai sigure în p p p gexploatare – cu deschideri tot mai mari.

Tipuri de structuriTipuri de structuriP d i d tP d i d t

Un pod suspendat în principiu are puţine elemente componente: cabluri portante piloni sau turnuri

Poduri suspendatePoduri suspendate

componente: cabluri portante, piloni sau turnuri, grinzile căii, calea, tiranţi de susţinere a căii şi masivele de ancorare.

Tipuri de structuriTipuri de structuriP d i d tP d i d tPoduri suspendatePoduri suspendate

ÎnÎn decursuldecursul unuiunui secolsecol ss--auau executatexecutat multemulte poduripodurisuspendatesuspendate fiecarefiecare podpod acumulândacumulând experienţaexperienţa celorcelorsuspendate,suspendate, fiecarefiecare podpod acumulândacumulând experienţaexperienţa celorcelorprecedenteprecedente..ÎnÎn specialspecial catastrofacatastrofa poduluipodului TacomaTacoma (S(S..UU..A)A) aa doveditdovedit

ibilit tibilit t d ild il d td t ll ţiţi â t l iâ t l i îîsensibilitateasensibilitatea podurilorpodurilor suspendatesuspendate lala acţiuneaacţiunea vântuluivântului înînrafalerafale..AcestAcest evenimenteveniment petrecutpetrecut înîn datadata dede 77..1111..19401940,, oraora 1111::0000aa..mm..,, aa conduscondus lala studiereastudierea fenomenelorfenomenelor dede oscilaţieoscilaţie induseindusedede acţiuniacţiuni dinamicedinamice aleale traficului,traficului, vântului,vântului, dede acţiuniacţiuniseismiceseismice şişi respectivrespectiv lala perfecţionareaperfecţionarea concepţieiconcepţiei dedeseismiceseismice şişi respectivrespectiv lala perfecţionareaperfecţionarea concepţieiconcepţiei dedealcătuire,alcătuire, câtcât şişi aa metodelormetodelor dede calculcalcul.. PodulPodul TacomaTacoma ss--aaprăbuşitprăbuşit datoritădatorită vibraţiilorvibraţiilor produseproduse dede unun vântvânt inin rafalerafale dede6565 k / ăk / ă6565 km/orăkm/oră..

Tacoma Narrows FailureTacoma Narrows Failure

Tipuri de structuriTipuri de structuriP d i d tP d i d tPoduri suspendatePoduri suspendate

Podul Akasi – Kaikyo – 1998

Tipuri de structuriTipuri de structuriP d i d tP d i d tPoduri suspendatePoduri suspendate

Humber Bridge din Anglia (1981). Podul măsoară în deschiderea centrală 1410 m.

Tipuri de structuriTipuri de structuriPoduri suspendatePoduri suspendate

Podul Verrazzano – 1964L = 1293 m

Podul Golden Gate 1937Podul Golden Gate – 1937L = 1283 m

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Apariţia podurilor hobanate în anii ’50 a reprezentat o etapă

Poduri hobanatePoduri hobanate

Apariţia podurilor hobanate în anii 50 a reprezentat o etapă care a revoluţionat concepţia podurilor metalice cu deschideri mari. Acest sistem are o rigiditate sporită, comparativ cu podurile suspendate, deoarece elementele principale, hobanele (cabluri), pilonii şi grinzile principale formează triunghiuri – care reprezintă elementul indeformabil în plan.

Tipuri de structuriTipuri de structuri

Poduri hobanatePoduri hobanate