AVVISO n. 188

“I Ponti di grande luce: il caso dello
attraversamento stabile dello stretto di Messina”
Giuseppe Muscolino
Department of Civil Engineering, University of Messina, Messina, Italy
Catania 5 giugno 2014
Principali riferimenti bibliografici
1/2
ANDERSEN J.E., ANDERSEN P.K., BORDONARO G., GABRIELE S., CHELI F.,
Messina Strait Bridge - Safety and Comfort Runability Analysis. Taller, Longer, Lighter,
IABSE-IASS Symposiom London 2011
.
BRANCALEONI F., DIANA G., FACCIOLI E., FIAMMENGHI G., FIRTH I.P.T.,
GIMSING N.J., JAMIOLKOWSKI M., SLUSZKA P., SOLARI G., VA-LENSISE G.,
VULLO E., The Messina Strait Bridge, A challenge and a dream. CRC Press/Balkema, The
Netherlands, 2010, p. 324.
BRANCALEONI F., FACCIOLI E., SCOLLARD C., VALENTE C., ZHU S., Messina
Bridge - Seismic Response and Design. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom
London 2011.
CABELLO V., MARCHESELLI P.P., ORDANINI S., PAGANI E., YAMASAKI Y.,
SORENSEN L.T., Messina Bridge – Erection Procedures and their Structural Issues. Taller,
Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London 2011.
DE NEUMANN S., ENCKELL M., ANDERSEN J.E., VULLO E., Messina Bridge Structural Health Monitoring System. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom
London 2011.
2
Principali riferimenti bibliografici 2/2
JENSEN H.P., LAUSTEN S., SØRENSEN L.T., ORDANIN S., Messina Strait Bridge –
Bridge Articulation. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London 2011.
LARSEN A., DIANA G., POULIN S., ZASSO A., Aerodynamics of the Messina Bridge
Deck Progetto Definitivo. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London 2011.
POLK H., JENSEN L., SERZAN K.P., YAMASAKI Y., LAUSTEN S.,. KHAZEM D.A.,
Messina Strait Bridge - Suspended Deck. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom
London 2011.
SCOLLARD C., KING C., KLEYMANN M., YAMASAKI Y., Messina Strait Bridge Towers. Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London 2011.
WALKER C., FIRTH I.P.T., YAMASAKI Y., Messina Strait Bridge - Suspension System.
Taller, Longer, Lighter, IABSE-IASS Symposiom London 2011.
3
Classificazione dei ponti sospesi
f
α = 0.5
d
L1
L0
L2
Rapporto tra le luci : α i = L i L 0
4
Brooklyn (New York, USA 1883)
Golden Gate (San Francisco, USA 1937)
stay
stay
486
286
286
Brooklyn - Rapporto tra le luci : α1 = α 2 = 0.59
343
1 280
343
Golden Gate - Rapporto tra le luci : α1 = α 2 = 0.27
5
Akashi-Kaikyo (Kobe, Giappone 1991)
283
1 998
960
Rapporto tra le luci : α1 = α 2 = 0.48
35,5
14,0
960
6
Il Ponte sullo stretto di Messina
84.60 m
60.00 m
Rapporto tra le lucia): α1 = 0.34, α 2 = 0.25
Main cables
52.00 m
4.70 m
61.00 m
Road platforms
30.00
m
7
Schema del sistema di sospensione
8
Azione del vento
La scelta della forma dell’impalcato è stata dettata da due fattori:
a) Offrire maggiore stabilità all’azione del vento;
FL
MC F
b) Ridurne il peso
D
35,5 m
14,0 m
V
52.00 m
4.70 m
61.00 m
9
Aerodinamica: prove in galleria del vento
Al fine di ottimizzare il profilo aerodinamico del ponte sono state
programmate/eseguite delle prove aerodinamiche sull’impalcato e sulla torre,
nelle seguenti gallerie del vento:
1.
Force Technology (Danimarca)
– modello 1/80 Deck
2. B.L.W.T. (Ontario Hydro
Canada) – modello 1/80 Deck
3. N.R.C. (Ottawa Canada) modello 1/30 Deck
4. D.M.T. (Londra) – modello
1/200 Torre
5. CIRIVE (Polimi) - modello 1/45
Deck
I principali obiettivi delle prove aerodinamiche sono:
a) Ottimizzazione della configurazione dell’impalcato e delle torri; b) calcolo dei
relativi coefficienti aerodinamici; c) verifica di stabilità e al distacco dei vorici;
d) calcolo derivate di Flutter e ammettenza con metodo forzato.
10
Incidenza del peso sulle dimensioni
Nel “Progetto definitivo” il peso dell’impalcato è di circa 18 t/m e
10-11 mm
Multilayered resin
quello dei cavi 32 t/m. Ciò implica che un incremento di una ulteriore
t/m per l’impalcato produce un incremento del peso dei cavi di 1,78 t/m.
Ciò ha comportato soluzioni innovative per la pavimentazione stradale e
l’armamento ferroviario.
Embedded rail
Steel deck plate
Schema pavimentazione stradale
Schema armamento ferroviario
Nell’ “Akashi-Kaikyo bridge” il peso dell’impalcato è di circa 23 t/m e
quello dei cavi 12 t/m. Ciò implica che un incremento di una ulteriore
t/m per l’impalcato produce un incremento del peso dei cavi di 0.52 t/m.
11
Azione sismica
30
20
Periodo di Ritorno
Periodi propri significativi: Torri
Impalcato
Picco accelerazione)
50 years
0.12 g
400 years
0.27 g
2000 years
0.58 g
>> 2000 years
0.64 g
I primi modi di vibrare, che coinvolgono principalmente i cavi e l’impalcato,
hanno periodi propri compresi tra i 10 ed i 20 s. In questo intervallo di periodi
l’azione sismica produce sulla struttura effetti praticamente trascurabili
Gli elementi più sensibili all’azione sismica sono: le torri, i viadotti di accesso
al ponte ed i blocchi di ancoraggio.
12
Azione sismica
+ 49.00 m
T
MN
6
1
5
=3
100.00 m
80.00 m
120.00 m
89.50 m
35 m
T=3
504
MN
+118.00 m
66.00 m
52.00 m
-6.00 m
+70.00 m
W = 9235 MN
100.00 m
W = 7776 MN
90.00 m
13
Torri
Lungo il Ponte
Trasversalmente al Ponte
Le sollecitazioni vanno
ridotte mediante assorbitori
14
Tsunami
399.00 m
53.50 m
399.00 m
84.60 m
118.00 m
Fault for the Tsunami analysis
15
Effetti carichi verticali ed orizzontali
0.88 m
2.1 m
Deformate orizzontali per il vento
2.2 m
Deformate verticali per veicolo
ferroviario mobile
Deformata combinazione carichi verticali
I notevoli spostamenti indotti dal vento e
dai carichi mobili sottopongono a
sollecitazioni cicliche i collegamenti tra le
varie sottostrutture per cui sono di
fondamentale
importanza
adeguate
verifiche a fatica
16
Effetti carichi verticali ed orizzontali
Longitudinal buffer
Tower leg
Main
span
Transversal buffer
Roadway
Girder
Railway
Girder
Per i veicoli mobili
l’effetto del vento sul
treno oltre che sul
ponte rappresenta il
problema più grave di
percorribilità.
Le TSI impongono un
limite alla velocità del
treno in funzione della
velocità del vento
Roadway
Girder
Tower leg
Longitudinal buffer
Effetto dei buffer idraulici
17
Fatica e Corrosione
Le verifiche a fatica hanno richiesto la modellazione totale e/o parziale del Ponte
mediante sofisticati codici agli elementi finiti. Per ciascuno degli stati limite o di esercizio
il calcolo la risposta è valutata considerando diverse condizioni di carico.
Al fine di evitare condizioni ambientali che favoriscono l'insorgere e lo sviluppo di
corrosione è necessario progettare un impianto di deumidificazione per tutti gli spazi
interni e per il cavo principale.
18
Conclusioni
Il Ponte sullo Stretto di Messina è una struttura che supera gli attuali
confini della conoscenza e dell’esperienza nell’ambito dell’ingegneria
strutturale.
Poiché il significativo incremento di scala di tutta la struttura spinge tutti
gli elementi ai loro limiti fisici e dinamici, tutti gli aspetti del progetto sono
stati esaminati da scienziati, ricercatori e ingegneri di fama internazionale.
L’impalcato e le torri sono state analizzate in più gallerie del vento dove è
stato verificato soprattutto il comportamento aerodinamico dell’innovativo
impalcato composto da tre cassoni indipendenti.
Al fine di ridurre i pesi sono stati progettati sistemi innovativi per la
pavimentazione delle carreggiate stradali e per l’armamento ferroviario.
La deformabilità eccessiva del ponte, sottoposto a numerosi carichi
fluttuanti, richiede verifiche a fatica dei vari componenti ed elementi.
Inoltre, devono essere progettati dei sistemi per evitare quelle condizioni
ambientali che possano favorire l'insorgere e lo sviluppo di corrosione.
19

Download Report