Konkurs mostów stalowych BRICO 2016 BRICO 2016 Mateusz DUDA Konkurs pn.: BRICO 2016 - The 1st Nordic Steel Bridge Competition odbył się 18-20 maja 2016r., został zorganizowany przez koło naukowe na Politechnice Tallińskiej w Estonii. Wzięło w nim udział 8 drużyn, w tym 5 z Polski oraz z Chorwacji, Estonii i Łotwy. Śląska była reprezentowana przez drużynę Steel Eagle, w skład której wchodzili Karol Szczotka, Dawid Dyrcz, Mateusz Duda i Marcin Matyl (od lewej na zdjęciu poniżej), członkowie koła naukowego Future Structural Analyses działającego przy Katedrze Teorii Konstrukcji Budowlanych pod opieką dr hab. inż., prof. nzw. Pol. Śl. Ryszarda Walentyńskiego. Fot. 1. Drużyna Steel Eagle reprezentująca Politechnikę Śląską. Celem konkursu było zaprojektowanie i wykonanie zoptymalizowanej konstrukcji pod względem masy, czasu montażu i sztywności mierzonej wielkością ugięcia przy podanych w regulaminie obciążeniu i wymaganiach geometrycznych. 1. Podstawowe wymagania regulaminowe Materiał konstrukcyjny S235JR, Rozpiętość mostu 5000 mm, rozstaw blach podstawy 1000 mm, Najwyższy punkt mostu może wynosić maksymalnie 2000 mm mierząc od podłoża, Skrajnia pod mostem 2000x600 mm, skrajnia na moście 700x500 mm, Pomost musi być poziomy oraz musi znajdować się w odległości od 700 do 1300 mm od podłoża, Elementy muszą być łączone śrubami M6 do M16 (klasa 8.8), Żaden element nie może być większy od 1200x250x250 mm, maksymalna waga jednego elementu to 7 kg, Zabronione jest używanie lin, kabli, elementów sprężających. Nie wolno sprężać mostu, 1
Można wykorzystać dowolną liczbę podpór tymczasowych o maksymalnych wymiarach 1300x250x250 mm. Rys. 1. Wymagania geometryczne mostu. 2. Projekt konstrukcji Przed podejściem do projektowania konstrukcji wykonano szereg koncepcji, z których wybrano jedną do dalszych analiz. Inspiracją finalnej koncepcji były bramownice na oznakowanie drogowe. Obliczenia konstrukcji zostały przeprowadzone w programie Autodesk Robot Structural Analysis. Jednocześnie weryfikowano możliwości montażowe konstrukcji. Następnie zostały zaprojektowane węzły, model został skorygowany o ich podatności. Ostatnim etapem fazy projektowej było wykonanie rysunków warsztatowych. Rys. 2. Rysunek zestawczy elementów mostu. 2
Obciążanie mostów na stalowej ramie umożliwiło przeniesienie siły rozporu, dlatego wybrano ramę kozłową jako schemat statyczny. Elementem nośnym konstrukcji jest jeden dźwigar przestrzenny o przekroju nieprzekraczającym 250x250 mm z pasami z kątowników równoramiennych (20x20x2 mm i 30x30x2 mm w pasie ściskanym w środkowych elementach) wraz ze skratowaniem prętami pełnymi Ø6 i Ø10. Widoczne wyżej wspornik (nienośne) służyły jedynie do spełnienia wymaganej skrajni na moście. Konstrukcja składa się z 8 elementów głównych oraz 18 elementów do wykonania wsporników. Do złożenia mostu konieczne są 34 śruby M6, 22xM8 oraz 2xM10. Most został wykonany w wytwórni konstrukcji stalowych Elektromontaż Zachód. Został próbnie złożony i obciążony, po wykryciu błędów lub niedoskonałości wprowadzono poprawki. Fot. 2. Węzeł podporowy. 3. Montaż na czas Jednym z kryteriów ocenianych w czasie konkursu był czas regulaminowego montażu. Każdej z drużyn przydzielono teren budowy przedstawiony poniżej. Rys. 3. Teren budowy: A składowisko narzędzi, śrub i kasków, B strefa montażowa, C strefa wbudowywania. Każda z drużyn przed montażem przygotowała sobie pola układając elementy w dogodny sposób. Most został podzielony w następujący sposób i umieszczony w strefie B: Strona lewa: 3 elementy dźwigara i 2 nogi oraz 4 skrajne elementy wspornikowe, Strona prawa: 1 element dźwigara i 2 nogi oraz 14 elementów wspornikowych, 3 podpory tymczasowe, 3
W polu C po każdej stronie rzeki rozpoczyna po dwóch uczestników, którzy po rozpoczęciu odliczania czasu zaopatrują się w narzędzia i kaski ze składowiska. W strefie B można połączyć maksymalnie 3 elementy (złożona część), po połączeniu muszą one mieścić się w tej strefie. Rozwiązaniem tego problemu był montaż w pionie 3 elementów dźwigara. Po tym etapie dwie osoby po jednej z każdej strony wchodzą do rzeki i stają się barkami. Prawy brzeg ze względu na mniejszą liczbę elementów głównych ustawił jedną część z nogami na podporze tymczasowej oraz pozostałe podparcia w rzece przygotowane na złożoną część z drugiego brzegu. Po połączeniu tych części w rzece rozpoczęto montaż wsporników podawanych z prawej strony do rzeki, a lewa strona montowała nogi do ustroju i skrajne wsporniki. W ten sposób każda osoba pracowała przez cały czas montażu. Dodatkowym utrudnieniem były kary minutowe za przekroczenie linii granicznych terenu budowy i rzeki, za upuszczenie narzędzi, śrub, nakrętek oraz za niedokręcenie śruby (sprawdzane przez sędziego po zatrzymaniu czasu). Fot. 3. Składanie mostu na prawym brzegu. Fot. 4. Konstrukcja po złożeniu na czas, widoczne linie ograniczające teren budowy. 4
4. Obciążanie i ważenie Ważenie mostu odbywało się po złożeniu poprzez 4 wagi pod każdą z blach podstawy. Następnie po zamontowaniu do stalowej ramy przystąpiono do realizacji pierwszego testu obciążeniowego, przyłożono 30 kg obciążenia pionowego, ustawiono cyfrowe urządzenia pomiarowe i zmierzono poziome przemieszczenie od siły 25 kg zrealizowanej za pomocą stalowej linki na rolce i podwieszonym do niej obciążnika. Rys. 4. Schemat obciążenia poziomego (po lewej) oraz przyrząd do jego realizacji. Fot.5. Montowanie mostu do stalowej ramy. 5
Obciążenie pionowe było przykładane w dwóch miejscach, 750 kg w środku rozpiętości oraz 250 kg w odległości losowanej na ceremonii otwarcia z zakresu 800 1700 mm od środka pomostu. Wylosowana wartość to 870 mm. Rys. 5. Schemat obciążenia pionowego. Ugięcie było mierzone takimi samymi urządzeniami jak przy przemieszczeniu poziomym. Do konstrukcji zostały zamontowane beleczki, względem których sprawdzano ugięcia. Miejsca pomiaru odpowiadają miejscom przyłożenia obciążenia i jako wyniki przyjmowana była wartość większa z dwóch pomiarów. Obciążenie było realizowane za pomocą stalowych kątowników o wadze 12,5 kg (65 w środku rozpiętości oraz 20 w drugim miejscu) umieszczanych na kracie na beleczkach w rozstawie 200 mm. Każda z drużyn sama przykładała obciążenie. Fot. 6. Realizacja obciążenia pionowego. 6
5. Wyniki Tabela 1. Rezultaty osiągnięte przez poszczególne drużyny. DRUŻYNA OSIĄGNIĘTE REZULTATY ESTET. CZAS UGIĘCIE PRZ.POZ. WAGA - min mm mm kg Dimensionless Warszawska 65,14 13,00 5,73 1,58 68,0 Steel Eagle Śląska 83,64 10,92 12,88 0,59 48,0 TMK CroTeam Chorwacja 66,14 26,85 1,81 0,28 77,5 SKN Konstruktor Crew Białostocka 55,46 25,13 3,23 0,45 71,0 TTK Masinaehitus Estonia 77,36 33,72 11,34 1,07 54,5 JAKK Łódzka 63,04 65,08 2,66 2,24 88,0 KOMBO Gdańska 70,86 71,25 2,70 3,81 92,0 RTU BIF Łotwa 69,89 33,00 6,64 3,32 191,0 5.1. Kategorie dodatkowe Estetyka i oryginalność konstrukcji oceniania przez jury składające się z organizatorów i zaproszonych gości z Politechniki Tallińskiej (zarówno inżynierowie budownictwa i architekci). Przyznane punkt przeliczane według wzoru: Zwycięzca w tej kategorii: Steel Eagle ( Śląska). Ekonomia konstrukcji uwzględniająca czas montażu konstrukcji wraz z karami, punkty obliczane jako: Zwycięzca w tej kategorii: Steel Eagle ( Śląska). Wydajność konstrukcji uwzględniająca masę oraz przemieszczenia konstrukcji, punktacja w tej kategorii była obliczana na podstawie wzorów: Punktacja za wagę mostu: Punktacja za przemieszczenia: Zwycięzca w tej kategorii: TMK CroTeam (Chorwacja). 7
MIEJSCE BRICO 2016 Mateusz DUDA 5.2. Klasyfikacja ogólna Zwycięzcy konkursu i pozostałe miejsca zostały przydzielone na podstawie punktacji obliczonej jako suma punktów według wcześniej przytoczonych wzorów. We wszystkich kategoriach była zasada, że najniższy wynik wygrywa. Estetyka i oryginalność nie była brana pod uwagę w ogólnej klasyfikacji. Tabela 2. Klasyfikacja ogólna z punktacją w poszczególnych kategoriach. DRUŻYNA WYNIKI (NAJNIŻSZA WARTOŚĆ WYGRYWA) C S C C ESTETYKA KLASYFIKACJA OGÓLNA punkty punkty punkty punkty 1. Dimensionless Warszawska 27,73 18,20 22,66 45,93 2. Steel Eagle Śląska 36,93 15,28 10,63 52,22 3. TMK CroTeam Chorwacja 19,58 37,59 22,01 57,17 SKN Konstruktor 4. Crew Białostocka 20,36 35,19 28,95 75,55 5. TTK Masinaehitus Estonia 35,78 47,20 14,72 82,98 6. JAKK Łódzka 32,63 91,12 24,02 123,74 7. KOMBO Gdańska 39,55 99,75 18,94 139,30 8. RTU BIF Łotwa 773,02 46,20 19,57 819,22 8
6. Przegląd mostów konkursowych Fot. 7. I miejsce Dimensionless Warszawska. Fot. 8. II miejsce Steel Eagle Śląska. Fot. 9. III miejsce TMK CroTeam Chorwacja. 9
Fot. 10. IV miejsce SKN Konstruktor Crew Białostocka. Fot. 11. V miejsce TTK Masinaehitus Estonia. Fot. 12. VI miejsce JAKK Łódzka. 10
Fot. 13. VII miejsce KOMBO Gdańska. Fot. 14. VIII miejsce RTU BIF Łotwa 11