Zesilování historických ocelových mostů pomocí slitiny na bázi železa s tvarovou pamětí

Abstract

Důvody pro zesilování ocelových mostů jsou především nedostatečná únosnost prvků, korozní oslabení a stáří konstrukce. Stav ocelových mostů v ČR i obecně v Evropě tyto fakta potvrzují, ve většině případů se jedná o historické konstrukce na konci své plánované doby životnosti. Ve srovnání s nákladným a zdlouhavým nahrazováním všech přesluhujících historických ocelových mostů se jako nejúčelnější řešení jeví lokální zesílení kritických prvků a detailů. Dnes známé a používané metody zesilování ocelových konstrukcí, tradiční nebo moderní jsou aplikovatelné, ale za určitých podmínek může být jejich použití složité. Pro maximální efektivitu je nutné jejich předepnutí. Právě předpínání je často obtížné, pro vyšší zatížení jsou kotvy mohutné a složité, obtížně se upevňují a komplikovaně se dají umístit hydraulické předpínací lisy. Tento problém se ale týká i jiných systémů předpětí, které vyžadují složité přípravky pro provedení. Problém se složitým kotvením má potenciál vyřešit nový materiál, slitiny s tvarovou pamětí na bázi železa, využitím jeho efektu tvarové paměti. Tato práce zahrnuje testování materiálu, návrh zesílení za pomoci numerických modelů a pilotní zkoušky zesílení v laboratorních podmínkách. Závěrem jsou uvedeny dvě případové studie aplikace vyvinuté metody. První aplikace metody zesílení byla provedena na historickém ocelovém mostě. Druhou aplikací bylo trvalé zesílení závadné konstrukce silničního mostu. Výsledky z více než šestiměsíčního monitoringu odezvy konstrukce na statické a dynamické zatížení ukazují potenciál navržené metody pro účely aplikací zesílení na mostní konstrukce. Vyhodnocení navržené metodiky je shrnuto na základě aplikace metody zesílení na skutečnou konstrukci historického ocelového mostu.

The reasons for strengthening steel bridges are mainly insufficient load-bearing capacity of the elements, corrosion weakening, and age of the structure. The condition of steel bridges in the Czech Republic and in Europe in general confirms these facts, in most cases these are historic structures at the end of their planned service life. Compared to the costly and lengthy replacement of all aging historic steel bridges, local reinforcement of critical elements and details seems to be the most feasible solution. The methods known and used today to reinforce steel structures can be difficult to apply under certain conditions. Prestressing is necessary for maximum effectiveness, but it brings the problem with massive and complex anchors. Placement of hydraulic prestressing presses is also difficult. A new smart material called iron-based shape memory alloys has the potential to solve the problem of complex anchorage. The subject of this thesis was to investigate and develop an innovative strengthening method using iron-based shape memory alloy for post-tensioning of bridge members with the use of its peculiar shape memory effect feature. This work encompasses material testing, strengthening design with the use of finite-element simulation, and pilot examinations of the strengthening under laboratory conditions. Finally, two real structure applications of the developed method are presented. The first application of the strengthening method was conducted on a historical steel bridge. The second application was a permanent strengthening of deficient road bridge structure. The results from over six months of monitoring bridge structure responses to static and dynamic loads show the potential of the proposed method for long-term strengthening in bridge engineering. The assessment of the proposed methodology is summarized on the basis of the real-life application of the strengthening.