Apa itu Girder Kotak Baja?
Gelagar kotak baja adalah bagian berongga tertutup, persegi panjang atau trapesium yang dibuat dari pelat baja yang dilas. Penampang-nya terdiri dari flensa atas, flensa bawah, dan dua jaringan vertikal atau miring, membentuk sel tertutup. Di dalam kotak, pengaku memanjang (tulang rusuk U-tertutup atau rusuk pelat datar) dan diafragma melintang mengontrol tekuk lokal pelat tipis dan menjaga geometri penampang tetap stabil di bawah beban.
Bagian tertutup memberikan tiga keunggulan struktural pada gelagar kotak baja dibandingkan balok I-terbuka:
Kekakuan torsi.Di bawah beban hidup eksentrik, aliran geser berkembang di sekeliling perimeter tertutup penuh, memberikan kekakuan torsional St. Venant yang jauh lebih tinggi dan distorsi yang lebih rendah dibandingkan bagian terbuka dengan bobot serupa.
Rasio-kekuatan terhadap-berat.Gelagar kotak baja secara signifikan lebih ringan daripada gelagar kotak beton pratekan dengan bentang yang sama, sehingga mengurangi beban mati yang harus ditanggung oleh substruktur dan menurunkan kebutuhan pondasi dan gempa.
Performa aerodinamis.Profil yang datar dan ramping mengurangi hambatan dan membantu meningkatkan kecepatan angin kritis untuk flutter dibandingkan dengan truss girder, yang penting bagi wilayah pesisir-yang rawan topan.
Sifat-sifat ini membuat gelagar kotak baja menjadi pilihan standar dalam dua peran: sebagai gelagar-pemikul beban utama jembatan jenis balok-, dan sebagai gelagar pengaku pada jembatan yang didukung kabel-(kabel-penahan dan suspensi).
Rentang Rentang berdasarkan Sistem Struktural
Klasifikasi bentang pada steel box girder didasarkan pada sistem struktur dimana girder tersebut bekerja, bukan pada nilai panjang tunggal. Bagian kotak yang sama dapat muncul di jembatan pendek atau di jembatan yang membentang lebih dari satu kilometer; perbedaannya terletak pada cara muatan dibawa.
Sistem gelagar dan rangka (-mandiri)
Dalam sistem ini, gelagar kotak membentang langsung di antara tumpuan dan bergantung pada kapasitas lentur dan gesernya sendiri; tidak ada kabel atau menara yang menyediakan jalur beban tambahan.
| Rentang rentang | Aplikasi khas | Konfigurasi box girder |
|---|---|---|
| Kira-kira 50-100 m | Jembatan perkotaan, jalan layang melengkung | Kotak-kedalaman, satu-sel yang konstan |
| Kira-kira 100-250 m | Penyeberangan sungai, jembatan jalan raya | Variabel-kedalaman, kotak sel- atau ganda-sel |
| Sekitar 250-350 m | Saluran navigasi utama | Gelagar hibrida-kedalaman baja-beton variabel (bentang tengah baja dengan bentang samping beton) |
| Melampaui sekitar 350 m | Zona batas ekonomi untuk-balok penopang mandiri | Sistem yang didukung hibrid atau kabel-biasanya diperlukan; memerlukan pembenaran khusus-situs |
Kabel-sistem yang didukung (girder pengaku)
Pada jembatan gantung-dan jembatan gantung, kabel memikul beban vertikal utama sedangkan gelagar kotak memberikan kekakuan torsi, stabilitas aerodinamis, dan platform dek.
| Rentang rentang | Tipe jembatan | Peran gelagar kotak baja |
|---|---|---|
| Kira-kira 400-1.200 m | Jembatan-kabel tetap | Stiffening girder: menahan kompresi aksial dari kabel penahan ditambah tekukan akibat beban hidup |
| Kira-kira 1.000-2,000+ m | Jembatan gantung | Stiffening girder: memberikan kekakuan torsional dan stabilitas aerodinamis |
Contoh-yang terdokumentasi dengan baik mencakup Jembatan Sutong di Tiongkok (kabel-penahan, bentang utama 1.088 m, gelagar pengaku kotak baja) dan Jembatan Canakkale tahun 1915 di Turki (suspensi, bentang utama 2.023 m, gelagar kotak baja kembar). Tidak ada batas atas teoretis yang tetap untuk sistem-yang didukung kabel; bentang yang lebih panjang dicapai melalui profil aerodinamis yang dioptimalkan dan pencocokan sistem kabel.
Faktor Yang Membatasi Rentang Girder Kotak Baja
Berat-sendiri dan siklus momen tekuk
Momen lentur dari diri-berat meningkat kira-kira seiring dengan kuadrat bentang. Bagian yang lebih besar diperlukan untuk menahan momen sehingga menambah bobot mati, sehingga menciptakan siklus yang membuat semua-balok baja menjadi tidak ekonomis jika digunakan pada jarak beberapa ratus meter; balok penopang komposit (baja-beton) sedikit memperluas cakupan ekonomisnya, dan lebih dari itu, sistem yang didukung-kabel biasanya lebih efisien.
Batas defleksi dan kekakuan
Lendutan-beban langsung di tengah bentang meningkat pesat seiring dengan bentang. Karena modulus elastisitas baja bersifat tetap, bentang mandiri yang panjang memerlukan balok penopang yang sangat dalam untuk memenuhi batas defleksi yang ditetapkan oleh peraturan yang berlaku (untuk jembatan jalan raya biasanya berkisar antara L/500 hingga L/600, dan lebih ketat lagi untuk jembatan kereta api), yang meningkatkan kesulitan material, paparan angin, dan pemasangan.
Tekuk lokal pada pelat tipis
Bentang yang lebih panjang meningkatkan tegangan tekan pada flensa dan badan, yang dapat memicu tekuk lokal pada pelat tipis. Pengaku longitudinal dan diafragma transversal memecahkan masalah tekuk tetapi menambah beban pengelasan, tegangan sisa dan biaya fabrikasi, dan peningkatan kandungan las harus dipertimbangkan dalam desain kelelahan.
Efek jeda geser
Pada balok balok-bentang panjang lebar, beban vertikal menyebabkan deformasi geser pada sayap lebar. Tegangan terkonsentrasi di dekat badan dan material flensa jarak jauh kurang dimanfaatkan, sehingga lebar flensa efektif menyusut seiring bertambahnya bentang, sehingga menurunkan efisiensi bantalan bagian tersebut.
Stabilitas angin aerodinamis
Balok-balok dalam yang diperlukan untuk-kekakuan bentang panjang akan meningkatkan area kontak angin dan meningkatkan risiko getaran dan flutter yang disebabkan oleh pusaran-. Stabilitas angin sering kali menjadi kendala pengendali di zona pesisir dan topan, sehingga memerlukan studi-terowongan angin dan detail aerodinamis seperti bagian kotak-kembar yang ramping atau berlubang.
Girder Kotak Baja vs. Tipe Jembatan Lainnya
| Barang | Gelagar kotak baja | Box girder beton pratekan | Jembatan-kabel tetap | Jembatan gantung |
|---|---|---|---|---|
| Rentang rentang kompetitif yang khas | 100-350 m (swadaya) | Hingga sekitar 300 m | 250-1,200 m | 1,000-2,000+ m |
| Bobot diri-girder | Rendah | Tinggi (kira-kira 2-3 kali baja) | Rendah hingga sedang | Rendah hingga sedang |
| Kekakuan torsi | Sangat tinggi (bagian tertutup) | Tinggi | Tinggi (balok pengaku kotak) | Tinggi (balok pengaku kotak) |
| Performa aerodinamis | Luar biasa (profil ramping) | Sedang | Bagus | Luar biasa (opsi kotak{0}kembar) |
| Kecepatan konstruksi | Cepat (fabrikasi segmen pabrik) | Lambat (bekisting dan casting di-lokasi) | Sedang | Panjang (pendirian menara dan kabel) |
| Permintaan pemeliharaan | Lebih tinggi (pelapisan dan inspeksi las) | Perawatan rutin yang lebih rendah | Lebih tinggi (kabel, menara, jangkar) | Lebih tinggi (kabel utama, jangkar) |
Standar Desain dan Bahan
Gelagar kotak baja untuk jembatan dirancang dan dibuat sesuai dengan kode yang berlaku pada yurisdiksi proyek:
Nilai baja:Baja jembatan Tiongkok Q345q dan Q370q hingga GB/T 714; Nilai Eropa S355J2 dan S355NL hingga EN 10025; Nilai AS ASTM A709 Kelas 50 / 50W. Baja jembatan yang tahan cuaca dapat digunakan untuk proyek pesisir guna memperpanjang siklus pemeliharaan lapisan.
Kode desain:JTG D64 untuk jembatan baja jalan raya Tiongkok; EN 1993-2 untuk jembatan baja Eropa; Spesifikasi Desain Jembatan AASHTO LRFD untuk proyek AS.
Fabrikasi dan pengelasan:Kelas eksekusi EN 1090-2 atau AWS D1.5 untuk pengelasan jembatan, dengan penerimaan NDT sesuai dengan spesifikasi proyek.
Perlindungan korosi:pembersihan ledakan hingga Sa 2,5 per ISO 8501-1 dan sistem pelapisan yang dipilih berdasarkan kategori korosifitas ISO 12944.
Daftar Periksa Seleksi untuk Pembeli
Tentukan sistem struktural (balok/rangka penopang mandiri, atau balok pengaku yang didukung kabel) sebelum membahas bentang.
Tentukan kode desain dan model beban yang mengatur (misalnya, AASHTO HL-93, model beban Eurocode, atau kode nasional negara proyek).
Tentukan lebar dek, jumlah sel dan apakah diperlukan dek baja ortotropik.
Memberikan persyaratan mutu dan benturan baja (Charpy) untuk suhu servis.
Nyatakan lingkungan korosi dan sistem pelapisan yang diperlukan (kategori ISO 12944).
Tetapkan batas panjang segmen berdasarkan peralatan pengangkutan dan pengangkatan, serta metode pemasangannya (pengangkatan derek, peluncuran, atau perakitan kantilever).
Menyepakati dokumentasi QC: sertifikat material, laporan inspeksi las, laporan dimensi, dan laporan pra-perakitan bengkel.
Minta Penawaran Fabrikasi Steel Box Girder
Pertanyaan Umum
Berapa bentang maksimum balok kotak baja?
Tidak ada satu pun maksimum. Box girder baja-mandiri ekonomis hingga ketinggian sekitar 300-350 m. Sebagai balok pengaku pada jembatan cable-stayed dan jembatan gantung, balok-balok kotak baja telah dibangun pada bentang utama lebih dari 1.000 m; jembatan gantung Canakkale tahun 1915 di Turki, dengan bentang utama 2.023 m, menggunakan balok pengaku kotak baja.
Mengapa box girder baja lebih ringan dibandingkan box girder beton?
Baja struktural memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang jauh lebih tinggi dibandingkan beton bertulang, sehingga box girder baja dengan bentang dan kapasitas yang sama berbobot sebagian kecil dari box girder beton yang setara. Bobot mati yang lebih rendah mengurangi beban pada tiang, pondasi dan, pada jembatan yang didukung kabel-, pada tiang dan kabel.
Berapa batas defleksi yang berlaku pada balok baja kotak?
Batas defleksi ditentukan oleh peraturan yang mengatur dan bergantung pada jenis jembatan. Box girder baja jalan raya umumnya dirancang untuk-memiliki batas defleksi beban sekitar L/500 hingga L/600, sedangkan jembatan kereta api menerapkan batas yang lebih ketat. Nilai pastinya harus diambil dari kode proyek, bukan diasumsikan.
Kapan sebaiknya saya memilih balok baja-hibrida beton dibandingkan balok-semuanya baja?
Balok penopang hibrida, dengan bentang tengah baja dan bentang samping beton, umum digunakan pada jembatan rangka kaku kontinu sepanjang 250-350 m. Mereka menggabungkan baja bentang tengah yang ringan dengan kekakuan dan keekonomian bentang samping beton, dan bersifat kompetitif ketika semua-balok baja menjadi tidak ekonomis namun sistem yang didukung kabel tidak diperlukan.
Mengapa steel box girder lebih disukai untuk bentang panjang?
Tiga sifat yang paling penting: bagian tertutup memberikan kekakuan torsi yang luar biasa; profil yang ramping meningkatkan stabilitas aerodinamis dan meningkatkan flutter-kecepatan angin kritis; dan rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi memungkinkan gelagar tersebut menahan momen lentur yang besar dengan material yang lebih sedikit dibandingkan gelagar pelat terbuka.
Apakah box girder yang melengkung dan memiliki kedalaman yang bervariasi dapat dibuat?
Ya. Balok girder kotak dengan kesejajaran melengkung, pelebaran, dan kedalaman bervariasi secara rutin dibuat dalam segmen dengan pemotongan CNC dan pengelasan busur robotik atau terendam, kemudian diuji coba-dirakit di bengkel sebelum dikirim. Geometri akhir harus mengikuti gambar toko yang disetujui yang berasal dari desain jembatan.