Mosty z kompozytów termoplastycznych powstałych z recyklingu tworzyw sztucznych

Mosty z recyklowanych kompozytów termoplastycznych RTC

Pierwsze mosty z recyklowanych kompozytów termoplastycznych powstały z inicjatywy US Army, która widziała w tym materiale duży potencjał na wydłużenie trwałości typowych mostów drewnianych, bardzo licznie budowanych na terenach wojskowych [6]. Prototypowa konstrukcja powstała w 1998 r. w Fort Leonard Wood, Missouri, USA. Jest to most o rozpiętości 7,6 m i szerokości całkowitej 8,1 m. Na sześciu belkach stalowych starego mostu z pomostem drewnianym ułożono pokład kompozytowy, składający się z prostokątnych legarów poprzecznych 77 x 307 mm, przykrytych deskami o tym samym przekroju. Na elementy pomostu zużyto blisko 6 ton OTS. Zakłada się 50-letnią trwałość pomostu, a analiza LCCA wykazała zwrot kosztów związanych z użyciem drogiego kompozytu RTC już po 8 latach.

Pierwszym na świecie mostem, którego cały ustrój nośny wykonano z RTC, jest obiekt położony w ciągu drogi leśnej biegnącej wzdłuż Hudson River w mieście New Baltimore, New York, USA (fot. 2). Jest to konstrukcja jednoprzęsłowa o rozpiętości 9,1 m i szerokości całkowitej 3,4 m. W wyniku analiz obliczeniowych zdecydowano, że najbardziej efektywnym układem statycznym dla elementów z nowego materiału będzie kratownica typu bowstring z zakrzywionym pasem górnym o smukłości h/l = 4. Dwa dźwigary kratownicowe z jezdnią dolną połączono w węzłach poprzecznicami w rozstawie co 1,5 m. Pasy górne i słupki kratownic oraz poprzecznice wykonano jako elementy o przekrojach warstwowych (analogia do konstrukcji drewnianych) z pojedynczych desek kompozytowych o przekroju 51 x 154 mm oraz 51 x 203 mm. Pas dolny dźwigarów ma przekrój kwadratowy o boku 203 mm. Dzięki elastyczności kompozytu RTC wygięcie desek w łuk nie stanowiło większego problemu. Elementy połączono w węzłach za pomocą galwanizowanych blach i śrub stalowych. Ze względu na otwarty typ przęsła ściskany pas górny usztywniono poprzecznie za pomocą zastrzałów przy każdym słupku. W płaszczyźnie kratownice usztywniono krzyżulcami z prętów stalowych w układzie X. Na most zużyto ok. 5 ton OTS. Most zaprojektowano na obciążenie pojazdem ciężarowym AASHTO H-15 [7].

W 2002 r. wybudowano most drogowy z kompozytu RTC nad rzeką Mullica River w ciągu drogi leśnej w miejscowości Wharton State Forest, New Jersey, USA [7]. Most ma 14,0 m długości oraz szerokość całkowitą 4,5 m. Ruszt przęsła składa się z dwuteowych belek poprzecznych o wysokości 435 mm oraz podłużnych o wysokości 307 mm, wzajemnie połączonych za pomocą śrub i blach alumniowych (fot. 3). Na ruszcie ułożono deski kompozytowe o przekroju 77 x 307 mm połączone na pióro i wpust. Most ma nośność 36 ton.

W latach 2008-2011 US Army zrealizowała program badawczy [8], którego celem było zaprojektowanie, budowa, badania i monitoring trzech mostów drogowych (oznaczonych kolejno T-8518, T-8519, T-85-20), zlokalizowanych w Camp Mackall, będącego częścią Fort Bragg w Północnej Karolinie, USA [9]. Mosty miały długości całkowite odpowiednio 11,6 m, 14,0 m oraz 17,0 m i taką samą szerokość użytkową: 4,95 m. Wszystkie główne elementy mostów, w tym słupy i oczepy podpór oraz dźwigary główne, pomost, a także elementy wyposażenia wykonano z kompozytu RTC wg systemu Axion’s STRUXURE Construction System (fot. 4). Pierwszy z mostów jest obiektem trójprzęsłowym o rozpiętościach 3 x 3,7 m. Głównym elementem nośnym mostu są standardowe belki dwuteowe o wysokości i szerokości 460 mm, złożone z dwóch kształtowników teowych, połączonych w płaszczyźnie środnika za pomocą kleju i śrub stalowych (fot. 1). Dźwigary główne stężono poprzecznie nad podporami za pomocą desek o przekroju 77 x 307 mm. Takie same deski zastosowano jako pokład pomostu. Przęsła oparto na podporach słupowych, wykonanych z trzech pali o średnicy 307 mm, stężonych oczepami z belek identycznych jak dźwigary główne mostu. Wszystkie elementy kompozytowe połączono wzajemnie za pomocą metalowych blach, śrub i wkrętów ze stali nierdzewnej. Most ma nośność 63,5 tony. Do budowy mostu zużyto 38,7 ton OTS. Most był przedmiotem bardzo szerokich badań, mających na celu kompleksowe sprawdzenie możliwości zastosowania recyklowanych kompozytów termoplastycznych RTC jako materiału do budowy mostów [10].

Kontynuując swój pogram badawczy, US Army w 2010 r. zastosowała kompozyt RCT do wymiany dwóch mostów kolejowych, położonych na terenie Fort Eustis, Virginia, USA [11, 12]. Są to pierwsze na świecie mosty kolejowe wykonane z nowego materiału. Wszystkie elementy składowe obu mostów (dźwigary główne, podkłady, belki krawędziowe, słupy i oczepy filarów), z wyjątkiem istniejących przyczółków, wykonano z elementów systemu Axion’s STRUXURE Construction System. Pierwszy z mostów ma cztery przęsła i całkowitą długość 11,7 m, drugi most ma osiem przęseł i całkowitą długość 25,6 m. Rozpiętości przęseł wynoszą od 2,4 do 3,5 m. Przęsła składają się z dwóch grup belek dwuteowych (trzy połączone wzajemnie belki), na których ułożono deski pokładu (fot. 5a). Każda grupa belek przenosi obciążenia z jednej szyny (fot. 5b). Nośność mostów kolejowych z kompozytu RCT wynosi 120 ton (fot. 5c).

Most położony w ciągu Birch Hill Road nad rzeką York na zachód od miasta York, Maine, USA, jest pierwszym obiektem z kompozytów RTC, który jest elementem amerykańskiej sieci dróg publicznych [9]. Zbudowany w 2012 r. most zastąpił zbyt wąski przepust żelbetowy. Most ma jedno przęsło o długości 4,6 m i szerokość całkowitą 8,7 m. Wszystkie elementy mostu, tj. dźwigary główne, pomost, wyposażenie, a także elementy przyczółków – słupy, oczepy, ścianki zapleczne oraz skrzydełka, zostały wykonane z elementów systemu Axion’s STRUXURE Construction System (fot. 6). Most ma nośność 32,5 tony.

Kolejny most jednoprzęsłowy o długości 7,6 m, wykonany w 2012 r. w całości (tj. przyczółki i przęsło z wyposażeniem) z kompozytu RTC to Onion Ditch Bridge położony w Logan County, Ohio, USA, również w ciągu drogi publicznej [9]. W tym przypadku zaprojektowano konstrukcję zintegrowaną, w której przęsło połączono na sztywno z przyczółkami (fot. 7a). Przyczółki wykonano z dziewięciu pali w rozstawie 1,0 m, do których przymocowano ścianki zapleczne z desek. Na głowicach pali osadzono oczepy z belek dwuteowych, łącząc je z palami za pomocą wkręcanych sworzni stalowych. W obiekcie po raz pierwszy zastosowano nowe, zoptymalizowane materiałowo deski pomostowe o przekroju 154 x 614 mm i długości 5,5 m, łączone wzajemnie na pióro i wpust i przyklejane oraz przykręcane do pasów górnych dźwigarów (fot. 7b). Most ma nośność 32,5 tony.

Ostatni ze zbudowanych dotychczas mostów z kompozytu RTC, a zarazem pierwszy zbudowany poza USA oraz najdłuższy z dotychczas wykonanych, to Easter Dawyck Bridge, który powstał w 2011 r. nad rzeką Tweed w Stobo, koło Edynburga w Szkocji. Jest to obiekt trójprzęsłowy o długości całkowitej 27,5 m i rozpiętości przęseł 9,1 m (fot. 8a). Są to najdłuższe przęsła, jakie dotychczas wykonano z elementów systemu Axion’s STRUXURE Construction System. Szerokość całkowita mostu wynosi 3,7 m. W tym przypadku z kompozytu RTC wykonano tylko przęsła wraz z wyposażeniem (fot. 8b), wymieniając zużytą konstrukcję z belek stalowych z pomostem drewnianym, a zachowując kamienne podpory z 1888 r. Na konstrukcję przęseł mostu zużyto ok. 50 ton OTS. Most ma nośność 44 tony.

Galeria

Zobacz więcej