Behaviour of soil-steel composite structures during construction and service: a review

In this paper, existing knowledge on the behaviour of soil-steel composite structures (SSCSs) has been reviewed. In particular, the response of buried corrugated steel plates (CSPs) to static, semistatic, and dynamic loads has been covered. Furthermore, the performance of SSCS under extreme loading, i.e., loading until failure, has been studied. To investigate the behaviour of the type of composite structures considered, numerous full-scale tests and numerical simulations have been conducted for both arched and box shapes of the shell. In addition, researchers have examined different span lengths and cover depths. Furthermore, to enhance the load-bearing capacity of the composite structures, various stiffening elements have been applied and tested. The reviewshows that the mechanical features of SSCSs are mainly based on the interaction of the shell with the soil backfill. The structures, as a composite system, become appropriately stiff when completely backfilled. For this reason, the construction phase corresponds to the highest values of shell displacement and stress. Moreover, the method of laying and compacting the backfill, as well as the thickness of the cover, has a significant impact on the behaviour of the structure at the stage of operation in both the quantitative and qualitative sense. Finally, a limited number of studies are conducted on the ultimate bearing capacity of large-span SSCS and various reinforcing methods. Considerably more works will need to be done on this topic. It applies to both full scale tests and numerical analysis.

W artykule podsumowano dotychczasową wiedzę na temat zachowania się mostowych konstrukcji gruntowo-powłokowych. W szczególności przeprowadzony przegląd dotyczy mechanicznej odpowiedzi obiektów z blach falistych na obciążenia statyczne, quasi-statyczne i dynamiczne. Ponadto, studium literaturowe obejmuje badania konstrukcji gruntowo-powłokowych przy ich ekstremalnym obciążeniu, tj. do poziomu obciążenia niszczącego. W tym zakresie zachowanie rozpatrywanego typu konstrukcji badano w licznych testach obciążeniowych w pełnej skali jak również na drodze symulacji numerycznych zarówno dla kształtów łukowych, jak i skrzynkowych powłoki. Analizom takim poddano obiekty o różnych rozpiętościach I przy różnych grubościach zasypki. Ponadto, w celu zwiększenia nośności obiektów inżynierskich z blach falistych zastosowano i przetestowano różnego rodzaju elementy usztywniające. Z przeprowadzonego przeglądu wynika, że najważniejsze cechy mechanicznego zachowania się konstrukcji gruntowo-powłokowych opierają się głównie na wzajemnej współpracy powłoki z gruntową zasypką inżynierską. Obiekty takie, jako swego rodzaju układy zintegrowane, nabierają odpowiedniej sztywności dopiero po całkowitym zasypaniu powłoki. Z tego powodu największe deformacje oraz wytężenie powłoki występują w fazie budowy. Sposób układania i zagęszczania zasypki oraz jej minimalna wysokość ponad powłoką mają ponadto istotny wpływ na zachowanie się konstrukcji pod obciążeniem użytkowym na etapie eksploatacji, zarówno w sensie ilościowym, jak i jakościowym. Podsumowując przegląd, wskazano na fakt, że liczba badań, w których określano nośność graniczną, jest ograniczona w przypadku obiektów o dużej rozpiętości i przy zastosowaniu różnych sposobów wzmocnienia konstrukcji. W tym zakresie temat badań obiektów inżynierskich z blach falistych powinien zostać rozszerzony. W opinii autorów w najbliższych latach pojawią się nowe prace w tym zakresie. Dotyczy to zwłaszcza pełnoskalowych testów obciążeniowych ale także analiz numerycznych.