A kratownica Bailey'a to prefabrykowany element mostu z paneli stalowych, zbudowany z trójkątnych pasów górnych i dolnych, słupków pionowych i zastrzałów ukośnych, zaprojektowany tak, aby można go było łączyć na miejscu bez użycia dźwigów, spawania lub odlewania fundamentów. Każdy panel jest Długość 3,048 m (10 stóp). i około 1,4 do 2,15 metra wysokości, w zależności od producenta, a wiele paneli łączy się obok siebie i piętro po piętrze, tworząc dźwigar wystarczająco mocny, aby wytrzymać ruch pojazdów, kolei lub pieszych. System został pierwotnie opracowany do celów wojskowych przepraw przez rzeki, ale ta sama logika panelowa stanowi obecnie podstawę większości modułowych mostów stalowych sprzedawanych do użytku na drogach wiejskich, trasach transportu górniczego, akcjach pomocy ofiarom katastrof i tymczasowych objazdach autostrad.
Cechą charakterystyczną kratownicy Baileya jest wymienność. Każdy panel z danej serii ma identyczne otwory na kołki, więc wykonawca może zwiększyć rozpiętość, dodać drugi rząd w celu uzyskania dodatkowej szerokości lub ułożyć drugie piętro w celu uzyskania dodatkowej wytrzymałości, korzystając z tego samego zapasu części. Dzięki tej jednej decyzji projektowej kratownica Baileya była w ciągłym użyciu przez ponad osiem dekad, podczas gdy inne koncepcje mostów tymczasowych pojawiały się i znikały.
W praktyce kratownica Baileya odpowiada na trzy pytania, które zespół projektowy zwykle zadaje w pierwszej kolejności: jak szybko może wznieść się w górę, ile może unieść i czy można ją później wykorzystać ponownie w innym miejscu. Ponieważ panel jest standardowym elementem konstrukcyjnym, a nie wykonanym na zamówienie, wszystkie trzy odpowiedzi wydają się być lepsze niż to, co może zaoferować projekt stalowy lub betonowy dostosowany do konkretnego miejsca w tym samym czasie.
Koncepcja mostu panelowego wywodzi się z wymagań wojennych dotyczących systemu przepraw, który piechota mogłaby zbudować w warunkach polowych, przy użyciu podstawowych narzędzi i bez ciężkiego sprzętu. Podstawowa idea, powtarzający się trójkątny panel połączony pojedynczym sworzniem, rozwiązała dwa problemy na raz: wyeliminowała potrzebę spawania na miejscu i umożliwiła ponowne wykorzystanie tego samego zapasu części na dziesiątkach różnych długości przęseł.
Tym, co utrzymywało aktualność formatu długo po tym, jak zanikło jego pierwotne przeznaczenie, jest fakt, że logika panelu skaluje się w obu kierunkach. Pojedynczy rząd paneli obsługuje kładkę; trzy rzędy ułożone na dwóch piętrach, wzmocnione cięciwami, mieszczą załadowaną ciężarówkę autostradową. Bardzo niewiele systemów konstrukcyjnych oferuje produkty z jednego katalogu części, dlatego wykonawcy robót budowlanych, operatorzy górnictwa i agencje pomocy ofiarom katastrof nadal dziś określają układ kratownic Baileya zamiast dźwigarów stalowych robionych na zamówienie.
| Era | Podstawowe zastosowanie |
|---|---|
| Oryginalna intencja projektowa | Szybkie przeprawy przez rzeki, montowane ręcznie, bez dźwigów |
| Rekonstrukcja pokonfliktowa | Wymiana uszkodzonych cywilnych przejazdów drogowych i kolejowych |
| Aktualne wykorzystanie komercyjne | Dostęp do obszarów wiejskich, drogi do transportu górniczego, reagowanie na katastrofy, objazdy autostrad, przejścia dla pieszych i użyteczności publicznej |
Gotowy most kratownicowy Baileya to stos niewielkiej liczby powtarzających się części. Zrozumienie funkcji każdego elementu znacznie ułatwia przeczytanie listy części dostawcy lub rysunku montażowego na miejscu.
| Komponent | Funkcja | Typowy materiał |
|---|---|---|
| Akord panelowy | Przenosi główne siły rozciągające i ściskające wzdłuż przęsła | Stal dwukanałowa |
| Słup pionowy | Przenosi obciążenie pokładu na cięciwy i utrzymuje panel w pozycji wyprostowanej | Sekcja belki I o średnicy 8 mm |
| Podpora ukośna | Uzupełnia trójkątny wzór, który nadaje panelowi sztywność | Walcowana sekcja stalowa |
| Kołek panelu | Łączy sąsiednie panele na występach męskich i żeńskich | Kuta stal stopowa, około 3 kilogramy każda |
| Pawęż | Rozpina się pomiędzy dwiema liniami kratownicy i podtrzymuje pokład | Belka stalowa walcowana |
| Stabilizator kołysania i grabie | Odporność na boczne obciążenia wiatrem i wibracje, zapobieganie kołysaniom bocznym | Stalowe drążki ściągające |
| Szachy i stringery | Tworzą powierzchnię jezdną dla pojazdów lub ruchu pieszego | Płyta kontrolna drewniana lub stalowa |
| Łożysko i słupek końcowy | Przenosi całą reakcję kratownicy na filar | Stal odlewana lub prefabrykowana |
Na dolnym pasie każdego panelu cztery płyty mocujące belki utrzymują pawęż w odpowiednim położeniu, a dwa owalne otwory na końcu ceownika umożliwiają połączenie usztywnień. Ponieważ w całym panelu powtarza się ten sam rozmiar sworzni i rozstaw otworów, załoga może zdemontować most kratownicowy Bailey i odbudować go przy zupełnie innej długości rozpiętości, korzystając z tego samego wyposażenia, co jest głównym powodem, dla którego floty do wynajęcia opierają się na tym formacie.
Wytrzymałość kratownicy Baileya nie wynika z pojedynczego ciężkiego elementu, lecz z geometrii. Trójkąt to jedyny wielokąt, który nie może zmienić kształtu bez zmiany długości jednego ze swoich boków, więc po unieruchomieniu ukośnych zastrzałów, pionów i cięciw w trójkąty panel jest odporny na zginanie bez konieczności stosowania solidnej środnika z blachy stalowej.
Ma to dwie praktyczne konsekwencje, które mają znaczenie dla każdego, kto określa projekt:
Inżynierowie opisują tę wydajność za pomocą stosunku wytrzymałości do masy i dlatego 300-kilogramowy panel, w połączeniu z innymi w odpowiedniej konfiguracji, może utrzymać wielotonowe pojazdy.
Geometria panelu to jedna z niewielu rzeczy, która pozostała prawie niezmieniona u producentów od czasu pierwotnego brytyjskiego projektu, dlatego części z różnych epok i różnych fabryk często są nadal kompatybilne. Wzmocnione panele cięciwowe i panele dwupiętrowe zmieniają jedynie ścieżkę obciążenia, a nie obwiednię podstawy.
| Parametr | Typowa wartość |
|---|---|
| Długość panelu | 3,048 m (10 stóp), od otworu do otworu |
| Wysokość panelu | 1,45 m do 2,15 m w zależności od serii |
| Waga panelu | 270 kg do 349 kg |
| Standardowa szerokość jezdni | Jeden pas ruchu 3,27 m, szerokość pasa 4,25 m |
| Kołek panelu weight | Około 3 kg na szpilkę |
| Praktyczny, jasny rozpiętość | Od 6 m do ponad 90 m z podporami pośrednimi na dłuższe trasy |
Ponieważ każdy panel waży mniej niż 350 kilogramów, załoga składająca się z czterech do sześciu osób może ręcznie podnieść i przypiąć panel, co sprawia, że ten format jest praktyczny w miejscach, do których nie docierają dźwigi samojezdne. Cięższe elementy pokładu i pawęży są zwykle zwijane na miejsce na tymczasowych rolkach, a nie przenoszone.
Największą zaletą systemu kratownicowego Baileya jest to, że nośność jest problemem związanym z elementem konstrukcyjnym, a nie problemem związanym z przeprojektowaniem. Zamiast konstruować nowy most dla każdego przęsła i nacisku na oś, ten sam panel powtarza się w różnych kombinacjach rzędów i pięter.
| Konfiguracja | Wiersze x historie | Typowe dopasowanie |
|---|---|---|
| SS | 1x1 | Kładki, przejścia gospodarcze i lekkie |
| DS | 2x1 | Drogi wiejskie dla pojazdów lekkich |
| TS | 3x1 | Odcinki autostrad jednopasmowych o średniej rozpiętości |
| DD | 2x2 | Dłuższe rozpiętości przy umiarkowanym ruchu pojazdów ciężkich |
| TD | 3x2 | Duża rozpiętość, pełne obciążenie autostrady, trasy transportu górniczego |
Wybór pomiędzy tymi konfiguracjami sprowadza się do dwóch liczb: wymaganej rozpiętości w świetle oraz projektowego obciążenia pojazdu lub szyny, które most musi udźwignąć. Ogólnie rzecz biorąc, podwojenie liczby rzędów kratownicy z grubsza podwaja wytrzymałość na zginanie, podczas gdy dodanie drugiego piętra pomaga przede wszystkim w przypadku większych rozpiętości, gdzie czynnikiem ograniczającym jest ugięcie, a nie surowa wytrzymałość.
Większość budowanych obecnie mostów kratownicowych Baileya jest projektowana w oparciu o standardowe modele obciążeń autostradowych, takie jak Skrzynie ładunkowe HS-20, HL-93 lub porównywalne do pojazdów ciężkich , a wybór konfiguracji pozwala jednemu typowi panelu pokryć tak szeroki zakres wyników. Konfiguracja z pojedynczym pojedynczym układem jest na ogół dostosowana do rozpiętości do około 30 metrów przy niewielkim natężeniu ruchu, natomiast układ wzmocniony cięciwami typu double-double lub triple-double może zwiększyć użyteczną rozpiętość znacznie powyżej 60 metrów, przy jednoczesnym pełnym obciążeniu autostrady.
Zgłaszane zakresy obciążenia u obecnych dostawców zwykle mieszczą się pomiędzy 30 i 70 ton w zależności od konfiguracji, rozpiętości i liczby kondygnacji, zgodnie z literaturą producenta dotyczącą produktu. W dokumentach planowania projektu konsekwentnie pojawiają się dwie praktyczne zasady:
W przypadku skrzyżowań wieloprzęsłowych filary pośrednie są po prostu dodawane w odstępach długości paneli, co oznacza, że układ kratownic Bailey'a można w zasadzie przedłużać w nieskończoność, o ile pozwalają na to rozstawy filarów i warunki gruntowe. Zespoły planujące zazwyczaj potwierdzają trzy dane wejściowe przed sfinalizowaniem konfiguracji: projektową masę pojazdu i rozstaw osi, rozpiętość w świetle wymaganą dla skrzyżowania oraz nośność podłoża dostępną dla przyczółków lub filarów pośrednich.
Dobrze zaplanowany projekt kratownicy Baileya od źle zaplanowanego odróżniają dwa szczegóły techniczne: kontrola ugięcia i wstępne wygięcie. Wraz ze wzrostem rozpiętości kratownica pod ruchomym obciążeniem ugina się bardziej, nawet jeśli jest technicznie wystarczająco mocna, aby unieść ciężar, a nadmierne ugięcie powoduje nierówną jazdę i długotrwałe zmęczenie połączeń sworzniowych.
Aby to zrównoważyć, zwykle budowane są dłuższe rozpiętości z niewielkim wygięciem wstępnym skierowanym w górę, co oznacza, że nieobciążona kratownica jest umieszczona nieco wyżej w środku niż na końcach, dzięki czemu pod pełnym obciążeniem ruchem ustala się na równym, wygodnym profilu, a nie ugina się w widoczny sposób. Zespoły terenowe sprawdzają również trzy dodatkowe szczegóły przed otwarciem skrzyżowania:
Pasy i słupki są zwykle walcowane ze stali niskostopowej o dużej wytrzymałości na rozciąganie, a sworznie paneli są kute ze stali stopowej, takiej jak 30CrMnTi, co zapewnia odporność na zużycie w punktach połączeń. Ponieważ oczekuje się, że kratownica Bailey będzie ustawiona na zewnątrz, często w pobliżu wody, ochrona przed korozją nie jest kwestią drugorzędną, lecz stanowi część podstawowej specyfikacji.
Obecnie w produkcji dominują dwa podejścia do powlekania. Cynkowanie ogniowe koroduje z szybkością mniej więcej jednej trzydziestej szybkości gołej stali w tym samym środowisku i jest szeroko udokumentowany jako zapewniający wiele dziesięcioleci bezobsługowej żywotności zewnętrznych konstrukcji stalowych. Alternatywą jest nieorganiczny system podkładów bogaty w cynk, który zapewnia silną ochronę przy mniejszej wadze przesyłki, ale generalnie wymaga wcześniejszego cyklu ponownego malowania niż pełne malowanie zanurzeniowe. Sworznie i mniejsze elementy złączne są prawie zawsze ocynkowane oddzielnie, ponieważ ich mały przekrój sprawia, że są one częścią zespołu, która najszybciej ulega korozji, jeśli nie są pokryte powłoką.
W przypadku środowisk przybrzeżnych, morskich lub środowisk z dużą ilością soli odladzającej, specyfikacje projektów coraz częściej wymagają systemu duplex, co oznacza ocynkowaną warstwę bazową pokrytą odpowiednią powłoką malarską, ponieważ ekspozycja na sól znacznie przyspiesza zużycie cynku w porównaniu z typowym obiektem śródlądowym.
| Powłoka | Najlepiej dopasowane środowisko | Względny okres użytkowania |
|---|---|---|
| Cynkowanie ogniowe | Ogólna wilgotność na zewnątrz, w głębi lądu i umiarkowana | Długie, często dziesiątki lat przed pierwszą konserwacją |
| Farba gruntująca bogata w cynk | Lżejsze projekty, które są wrażliwe na koszty | Umiarkowany, cykl ponownego malowania wymagany wcześniej |
| Duplex (ocynkowanie i farba) | Przybrzeżne, morskie, duże narażenie na sól | Najdłuższy, łączy oba mechanizmy zabezpieczające |
Kolejność uruchamiania to kolejny powód, dla którego system ten pozostaje popularny w przypadku prac awaryjnych i prac zdalnych: nie jest on zależny od obecności ciężkich dźwigów docierających do punktu przejścia granicznego.
Ponieważ każdy panel waży mniej niż 350 kilogramów, a każde połączenie to raczej kołek niż spoina, przeszkolona załoga może wznieść most kratownicowy o średniej rozpiętości w ciągu kilku dni, korzystając z narzędzi ręcznych i małego dźwigu podporowego do elementów pomostu, zamiast tygodni typowo potrzebnych do betonowego przejazdu.
Chociaż kratownica Baileya została pierwotnie zbudowana do tymczasowego użytku wojskowego, prawidłowo konserwowane instalacje rutynowo pozostają w użyciu przez kilka dziesięcioleci, w tym na drogach publicznych, na których odbywa się regularny ruch. Badania terenowe elementów mostów ze stali ocynkowanej ogniowo wykazały, że konstrukcje w dużej mierze nie wymagają konserwacji 50 lat i więcej w typowych środowiskach śródlądowych.
| Sprawdź | Częstotliwość | Czego szukać |
|---|---|---|
| Dokręcenie sworzni i śrub | Po pierwszym sezonie, potem co roku | Luz lub ruch na złączach paneli |
| Powłoka condition | Rocznie | Zadrapania, goły metal lub plamy rdzy |
| Ścieżki odwadniające | Sezonowo | Stojąca woda na dolnym cięciwie |
| Elementy mocujące pokład | Rocznie | Luźna płyta szachowa lub zużyte drewniane szachy |
Żadne z tych zadań nie wymaga wyspecjalizowanych jednostek certyfikujących ani ciężkiego sprzętu, co pozwala utrzymać koszty cyklu życia na niskim poziomie w porównaniu ze stałą konstrukcją o podobnej rozpiętości.
Ekonomika projektu kratownicy Baileya rzadko sprowadza się do samego tonażu stali. O tym, czy dla danego przejścia bardziej sensowny będzie most panelowy, czy konstrukcja stała, decydują zazwyczaj trzy czynniki:
W przypadku przejazdów, które są rzeczywiście trwałe i zlokalizowane centralnie, stała konstrukcja często wygrywa z długoterminową prostotą konserwacji. W przypadku obiektów tymczasowych, odległych lub podlegających zmieniającym się wzorcom ruchu, możliwość późniejszego przeniesienia kratownicy Bailey jest często czynnikiem decydującym, a nie początkowym kosztem materiałów.
Lista zastosowań znacznie się rozrosła, wykraczając poza pierwotną rolę militarną systemu. Typowe zastosowania prądu obejmują:
Właśnie ten zakres zastosowań wyjaśnia, dlaczego panele, a nie pojedynczy projekt stałego mostu, stały się standardowym sposobem, w jaki dostawcy myślą o linii produktów kratownic Bailey: ten sam asortyment obsługuje w jednym miesiącu tor rolniczy, a w następnym objazd autostrady.
Kratownica to trójkątna konstrukcja panelowa przenosząca obciążenie; kompletny most Bailey obejmuje również pomost, rygle, stężenia i połączenia przyczółków zbudowane z tej kratownicy.
Układy jednoprzęsłowe zwykle osiągają od 30 do 60 metrów, w zależności od konfiguracji, przy układach dwu- lub trzyrzędowych wzmocnionych cięciwami, które mogą przekroczyć ten zakres, zanim konieczny stanie się filar pośredni.
Tak. Dodanie rzędów, dodatkowe piętro lub wzmocnienie cięciwy zwiększa pojemność, a konfiguracje przystosowane do standardowych modeli obciążeń autostradowych, takich jak HS-20 lub HL-93, są powszechne w aktualnych specyfikacjach producentów.
Panele zbudowane według tego samego standardowego rozstawu pinów i układu otworów, np. w przypadku powszechnie stosowanej geometrii typu 321, są na ogół wymienne, dlatego wiele flot wypożyczalni miesza produkty z różnych serii produkcyjnych.
Dzięki elementom ocynkowanym ogniowo i podstawowej konserwacji można zapewnić realistyczną eksploatację przez kilka dziesięcioleci, a udokumentowano, że niektóre instalacje pozostają w dużej mierze bezobsługowe przez ponad 50 lat.
Wymaga poziomych, stabilnych punktów podparcia na każdym brzegu, a nie pełnego fundamentu, co jest głównym powodem, dla którego można go wdrożyć znacznie szybciej niż konstrukcję odlewaną na miejscu.
Tak, to jedna z głównych zalet tego formatu. Panele są mocowane przegubowo, a nie spawane, więc kompletną kratownicę można zdemontować i ponownie zamontować przy innej długości rozpiętości lub w innym miejscu, przy użyciu tego samego materiału.
Najczęstszą przyczyną są luźne usztywnienia lub połączenia sworzniowe. Ponowne dokręcenie usztywnienia i potwierdzenie pełnego zaangażowania sworznia zwykle rozwiązuje zauważalny ruch.
Mosty panelowe zostały wykorzystane do tymczasowych przejazdów kolejowych, chociaż konfiguracja, szczegóły poszycia i łożysk różnią się od instalacji na jezdni i są projektowane oddzielnie do ładowania szyn.
Typowa załoga składająca się z sześciu do dziesięciu osób może wznieść umiarkowane przęsło przy użyciu narzędzi ręcznych, ponieważ poszczególne panele ważą poniżej 350 kilogramów, a połączenia są przegubowe, a nie spawane.