Advances in FRP composite vehicle bridges - the polish experience

Recently, new materials have been developed in the field of bridge design, one of which is FRP composite. To investigate this topic, the Polish National Centre for Research and Development has founded a research project, whose objectives are to develop, manufacture and test a typical FRP bridge superstructures. Two innovative ideas of FRP composite girder-deck structural systems for small and medium span bridges have been proposed. This paper describes the demonstrative bridges and presents the research results on their development and deployment. The finite element analysis and design procedure, structural evaluation in the laboratory and some results of the proof tests carried out on both bridge systems have been briefly presented.

Kompozyty polimerowe wzmocnione włóknami (z ang. FRP) są stosowane w inżynierii mostowej na całym świecie ze względu na ich doskonałą wytrzymałość, wagę i trwałość, a także możliwość dostosowania ich właściwości do indywidualnych wymagań np. aplikacji o złożonym kształcie. Od 2007 r. Polska stała się wiodącym krajem europejskim pod względem rozwoju sieci autostrad, a także liczby funduszy unijnych wydanych na budowę i/lub modernizację sieci autostrad. Dlatego przy budowie nowych mostów powstaje pytanie, czy tradycyjne materiały, takie jak beton i stal, są nadal najlepszym wyborem, zarówno pod względem argumentów inżynieryjnych, jak i ze względów utrzymaniowych. Aby poszerzyć wiedzę w tym temacie, Polskie Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zainicjowało projekt badawczy, którego celem jest opracowanie, produkcja i testowanie typowych przęseł mostów FRP do zastosowania w mostach drogowych w celu osiągnięcia optymalnego rozwiązania konstrukcyjnego z punktu widzenia kosztów w całym cyklu życia konstrukcji. Zaproponowano dwa innowacyjne pomysły kompozytowych systemów konstrukcyjnych FRP dla mostów o małej i średniej rozpiętości: przęsła czysto kompozytowe oraz hybrydowe, kompozytowo-betonowe. W tym artykule opisano oba mosty demonstracyjne i przedstawiono wyniki badań dotyczących ich rozwoju i wdrażania. Krótko przedstawiono analizę z wykorzystaniem elementów skończonych i procedurę projektowania, proces produkcji samych elementów kompozytowych i całych obiektów oraz niektóre wyniki próbnych obciążeń przeprowadzonych na obu typach mostów. Zaprezentowane prace dowodzą, że przęsła małych i średnich rozpiętości wykonane z kompozytów FRP spełniają warunki nośności i sztywności według wytycznych krajowych i europejskich. Jednocześnie obserwacje prowadzone w czasie badań laboratoryjnych wskazują na potrzebę monitorowania stanu technicznego tego rodzaju prototypów, w których zastosowano nowatorskie rozwiązania konstrukcyjne i materiałowe. Oczekuje się, że taki system nie tylko zapewni inżynierom i administracji drogowej cenne narzędzie do monitorowania stanu technicznego nowatorskich przęseł mostów FRP, ale także dostarczy ważnych informacji związanych z trwałością, kryteriami projektowymi i długoterminowym zachowaniem się kompozytu FRP. Ponadto, w miarę jak wytyczne projektowe ulegają poprawie i stają się coraz bardziej rozpowszechnione, a inżynierowie budownictwa zdobywają doświadczenie i zaufanie do kompozytów FRP, prawdopodobne jest, że upowszechni się wykorzystanie elementów kompozytowych FRP w inżynierii mostowej.