Ricerca di test statici sulle strutture di pavimentazione dell'impalcato di ponti in acciaio pavimentate in alto

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8796 (2022) Citare questo articolo

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La pavimentazione dell'impalcato dei ponti in acciaio è sempre stata un punto chiave e difficile nella costruzione di ponti a lunga campata. Nell'ingegneria pratica, il materiale di pavimentazione comune è l'asfalto e nella fase iniziale vengono causati gravi danni allo strato di pavimentazione. In questo studio, come materiale di pavimentazione è stato utilizzato un calcestruzzo polimerico a fibre ibride ad alto contenuto e ad alte prestazioni. È stato condotto un test sulla piccola trave della struttura composita formata dallo strato di pavimentazione e dalla piastra in acciaio, ed è stato condotto un test del momento flettente positivo/negativo per analizzare la rigidità e la capacità portante della struttura composita. Come rivelato nei risultati della ricerca, la rigidità a flessione e a trazione della struttura e la capacità portante della struttura composita hanno mostrato prestazioni superiori, sono aumentate significativamente con lo spessore della pavimentazione, ma sono aumentate lentamente dopo che lo spessore della pavimentazione ha superato gli 80 mm e l’aumento di spessore ha contribuito poco alla capacità portante. Sotto l’azione simulata di un momento flettente positivo/negativo, lo strato della pavimentazione mostrava ancora alcune caratteristiche di rottura duttile quando la struttura sopportava un carico ultimo. Ciò dimostra che il calcestruzzo polimerico a fibre ibride ad alto contenuto presenta proprietà meccaniche adeguate per la pavimentazione dell’impalcato di ponti in acciaio.

Le pavimentazioni degli impalcati dei ponti in acciaio rimangono una chiave e una sfida nella costruzione di ponti a lunga campata. Nella pratica ingegneristica si verificano già in fase iniziale gravi difetti sugli strati della pavimentazione1. Il calcestruzzo cementizio è un materiale da pavimentazione comune, ma viene utilizzato raramente per le pavimentazioni degli impalcati dei ponti in acciaio perché è fragile e presenta una piccola deformazione limite ammissibile. Quando il calcestruzzo cementizio ordinario viene utilizzato nella pavimentazione di massicciate stradali in calcestruzzo cementizio ordinario senza rinforzo, sulla superficie o all'interno del calcestruzzo compaiono numerose crepe verticali e orizzontali, che possono essere rilevate mediante ispezione visiva o metodi di prova non distruttivi più avanzati2,3, 4,5,6. A causa dell'elevata flessibilità degli impalcati dei ponti in acciaio ortotropo, si ottiene una grande differenza tra la deformazione dello strato della pavimentazione e gli impalcati del ponte sotto carico dei veicoli; pertanto, il calcestruzzo cementizio tradizionale non può essere applicato agli impalcati dei ponti in acciaio. Attualmente, l'asfalto è utilizzato in modo maturo e comunemente utilizzato per la pavimentazione degli impalcati dei ponti in acciaio.

Le strutture di pavimentazione degli impalcati dei ponti in acciaio sono generalmente suddivise in sistemi di pavimentazione a strato singolo e multistrato. Paesi o regioni diversi hanno climi (ad esempio, temperature e precipitazioni estreme) e volumi di traffico diversi; pertanto lo schema della pavimentazione dovrà essere scelto sulla base della specifica esperienza ingegneristica. In America, la maggior parte degli impalcati dei ponti in acciaio sono pavimentati utilizzando asfalto epossidico monostrato. Questa tecnologia è relativamente matura7,8,9. La forma strutturale è quella presentata in Fig. 1a. In Germania, la pavimentazione dell’impalcato di un ponte in acciaio è complicata, con strati multipli e uno spessore elevato. La forma strutturale è visualizzata in Fig. 1b. In Gran Bretagna, un tipico impalcato di un ponte in acciaio ha molti strati di pavimentazione, ma lo spessore totale è di soli 4 cm circa. La forma strutturale è illustrata in Fig. 1c. In Francia, un tipico impalcato di un ponte in acciaio ha quattro strati di pavimentazione, con uno spessore totale di circa 5 cm. La forma strutturale è illustrata in Fig. 1d.

Strutture tipiche della pavimentazione dell'impalcato di un ponte in acciaio. (a) Tipica struttura della pavimentazione in America; (b) tipica struttura della pavimentazione in Germania; (c) tipica struttura della pavimentazione in Gran Bretagna; (d) tipica struttura della pavimentazione in Francia.

Tuttavia, l’asfalto può presentare molti problemi che si verificano nell’ingegneria pratica. Ad esempio, il calcestruzzo bituminoso miscelato a caldo necessita di un ambiente e di temperature di miscelazione elevate, che limitano i tempi di costruzione, risultando in un periodo di costruzione breve durante l'intero anno10,11,12. Il calcestruzzo bituminoso6,10,13,14,15 mostra una bassa durabilità se utilizzato come strato superiore della pavimentazione in acciaio dell'impalcato del ponte15,16,17. Il calcestruzzo bituminoso modificato necessita di uno spessore elevato se utilizzato per la pavimentazione dell'impalcato di ponti in acciaio18,19. Fessure longitudinali, fessure o vuoti tra gli strati possono spesso essere osservati sugli strati della pavimentazione20,21 quando si utilizza asfalto epossidico22,23,24 come pavimentazione dell'impalcato di un ponte in acciaio.