สะพานเหล็กวอร์เรนทรัสมาตรฐาน AS5100 สำหรับการก่อสร้างสะพานรถไฟในฟิจิ

1. การนําเสนอ

ในฐานะวิศวกรโครงสร้างมืออาชีพที่เชี่ยวชาญในพื้นฐานทางรถไฟ ฉันสังเกตเห็นว่าภูมิศาสตร์ภูมิภาคพิเศษของฟิจิผ่านแม่น้ําแคบ, และถูกเผชิญกับพายุทราพิกและกิจกรรมแผ่นดินไหว กลายเป็นปัญหาที่ชัดเจนสําหรับการเชื่อมต่อทางรถไฟเป็นสิ่งสําคัญต่อเศรษฐกิจของมัน: 90% ของมันให้บริการอุตสาหกรรมน้ําตาล (ขนส่งน้ําตาลกลอง 4 5 ล้านตันต่อปี ระหว่างปลูกและโรงงานผลิตบนเวติเลวูและวานัวเลวู)โดยมีส่วนเล็ก ๆ ที่สนับสนุนการขนส่งสินค้าและการท่องเที่ยวทางธรรมชาติในสภาพการณ์นี้ สะพานรัดขั้ว Warren สแตนเลสที่ออกแบบให้ตรงกับมาตรฐาน AS5100 ของออสเตรเลีย/นิวซีแลนด์และประสิทธิภาพในด้านราคาไม่เหมือนกับสะพานคอนกรีตที่แข็งแรง หรือรางพราทที่ซับซ้อน รถรางวอร์เรนใช้กณิตศาสตร์สามเหลี่ยม เพื่อกระจายภาระได้เท่าเทียมกันทําให้มันเหมาะสมกับความต้องการความกว้างของฟิจิ (1060 m) และสถานที่ที่มีข้อจํากัดทาง logisticบทความนี้แยกพื้นฐานทางเทคนิคของสะพานเหล่านี้, การสอดคล้องกับความต้องการของฟิจิ, ความสอดคล้อง AS5100, ความเคลื่อนไหวของตลาด,และแนวโน้มในอนาคต ทั้งหมดผ่านเลนส์ของวิศวกร.

2.สะพานสแตนเลส Warren Truss: คํานิยาม รายละเอียดและข้อดีทางวิศวกรรม

2.1 การนิยามหลักและกลไกโครงสร้าง

สะพาน Warren truss สแตนเลส เป็นโครงสร้างที่รับภาระที่กรอบหลัก (truss) ประกอบด้วยหน่วยสามเหลี่ยมเท่าข้างหรือเท่าขาที่เชื่อมต่อกันในข้อต่อ (nodes)หลักการวิศวกรรมที่สําคัญคือสมาชิกของเครสทั้งหมด (อคอร์ดบน, คอร์ดด้านล่างและสมาชิกเว็บ) ขนแรงแกนเฉพาะแรงยืดหรือการบดด้วยแรงบิดอย่างน้อย.และทําให้เครือข่าย Warren มีประสิทธิภาพทางด้านวัสดุสําหรับการใช้งานทางรถไฟฟ้า ประสิทธิภาพนี้แปลว่าโครงสร้างที่เบากว่าที่ยังสามารถรับมือกับภาระรถไฟที่หนักและซ้ําซ้ํา067 มิลลิเมตร) ที่ให้บริการรถไฟกลีบน้ําตาล.

2.2 เฉพาะเจาะจงมาตรฐานสําหรับความต้องการทางรถไฟของฟิจิ

หลักฐานของ AS5100-6:2017 (ความต้องการวัสดุ) และพารามิเตอร์การดําเนินงานทางรถไฟของฟิจิ คือ รายละเอียดดังต่อไปนี้ เป็นประจําสําหรับสะพาน Warren truss ท้องถิ่น:

ครับ

ครับ

2.3 ข้อดีทางวิศวกรรมที่ปรับปรุงให้เหมาะสมกับสถานการณ์ของฟิจิ

จากมุมมองทางวิศวกรรม สะพานขั้ว Warren แก้ปัญหาสําคัญสามอย่างในฟิจิ

อัตราน้ําหนักต่อความแข็งแรง: รางสามเหลี่ยมลดการใช้วัสดุ 30% ~ 40% เมื่อเทียบกับสะพานแกะเหล็กที่มีระยะเวลาเดียวกันนี้เป็นสิ่งสําคัญสําหรับสถานที่ห่างไกลของฟีจี องค์ประกอบสามารถขนส่งผ่านรถบรรทุกขนาดเล็กหรือเรือเฟอร์รี่.g., ภายใน Vanua Levu) โดยไม่ใช้เครนหนัก

ความแข็งแกร่งต่อแผ่นดินไหว: ฟีจีตั้งอยู่บนวงแหวนไฟแปซิฟิก (โซนแผ่นดินไหว 3, ความเร่งสูงสุด 0.3g)และสแตนเลส S355JR ที่มีความยืดหยุ่น (ความยาว ≥ 20%) ป้องกันการขาดความเปราะบางหลังพายุไซโคลน ยาซ่า (2020) สะพานวอร์เรน 30 เมตรในลาบาสารอดชีวิตจากลม 150 กม./ชม.

การก่อสร้างอย่างรวดเร็ว: แผ่นแกะแกะแกะแกะแบบโมดูล (มักยาว 3 ∼ 5 เมตร) ได้ถูกผลิตขึ้นก่อนในสถานที่ (บ่อยครั้งในออสเตรเลีย / นิวซีแลนด์) และถูกพับในสถานที่.สะพานกว้าง 25 เมตรสามารถประกอบโดยวิศวกร 6 8 คนใน 2-3 สัปดาห์ต้องการการขนส่งโดยไม่หยุดยั้ง)

การบํารุงรักษาที่ต่ํา: เหล็กกระปุกลดการซ่อมแซมที่เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อน 60% เมื่อเทียบกับเหล็กที่ไม่คุ้มกันซึ่งหมายความว่าระยะเวลาในการบํารุงรักษาจะขยายจาก 1 ช่วง 2 ปี (สําหรับสะพานไม้) เป็น 5 ช่วง 7 ปีสําหรับรั้ว Warrenรายปี

3ภาคการใช้งานในฟิจิ: การสอดคล้องกับภูมิศาสตร์และเศรษฐกิจ

เครือข่ายรถไฟฟีจีมุ่งเน้นในเกาะใหญ่สองเกาะของมันคือ วิติเลวู และวานูอาเลวู โดยมีกรณีการใช้งานที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับแรงขับเคลื่อนเศรษฐกิจและภูมิศาสตร์ของมันด้านล่างนี้คือการใช้งานวิศวกรรมหลักของ AS5100 ที่สอดคล้องกับสะพาน Warren trussครับ

3.1 สายด่วนน้ําตาล

FSC ประกอบกิจการทางรถไฟสายแคบ 800 กิโลเมตร ซึ่ง 70% ต้องการการข้ามแม่น้ําขนาดเล็ก (เช่น แม่น้ําเรว่า, นาวัว และ ลาบาสา) และลําเลียงชลประทาน เช่น:

สะพานแม่น้ําเรวา (วิติเลวู): สะพานท่อวอร์เรนขนาด 45 เมตรได้เปลี่ยนสะพานไม้ที่สลายตัวในปี 2022 โดยถูกออกแบบให้บรรทุก AS5100 HS30 (น้ําหนักรวม 300 kN)รถไฟกานตาขาวขนาด 500 ตัน และลดเวลาการเดินทางระหว่างไร่นาซอริ และโรงงานลูโตคา โดย 45 นาทีสมาชิกของเครือข่ายขอบขุมถูกเลือกเพื่อความทนทานกับขยะแม่น้ําในช่วงฤดูฝน

ภายในเวนูอาเลวู: รางวอเรนขนาดเล็กกว่า 15 ช่อง 20 เมตรข้ามลําเลียงชลประทานในเข็มขัดน้ําตาลลาบาสาการอนุญาตการขนส่งผ่านรถบรรทุก 4x4 ไปยังไร่ที่อยู่ห่างไกล. AS5100 ใส่ CL (การจราจรทั่วไป) รับประกันความสอดคล้องกับรถบํารุงรักษา (5 ตันรถยนต์บริการ)

3.2 การก่อสร้างใหม่ หลังอุทกภัย

ฟิจจีประสบภัยพายุพายุ 2 รายการต่อปี ซึ่งบ่อยครั้งทําให้สะพานทางรถไฟเสียหาย สะพาน Warren truss ถูกนํามาใช้แทนในกรณีฉุกเฉิน เนื่องจากความเร็วในการประกอบ

การฟื้นฟูจากพายุพายุจูดี้ (2023) สะพานท่อวอร์เรนขนาด 30 เมตรถูกติดตั้งในซิกาโตกา (วิติเลว) 10 วันหลังจากพายุพายุทําลายสะพานคอนกรีต2 kPa)กลับคืนการขนส่งกล้วยน้ําตาลให้กับเกษตรกร 2,000 คน ป้องกันการสูญเสียผลไม้ 2 ล้านดอลลาร์สะพานหลังนี้ถูกย้ายไป Rakiraki (อีกพื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อพายุพายุ) หลังการเก็บเกี่ยว.

โครงการปรับปรุงระบบแผ่นดินไหว: โครงการความแข็งแกร่งทางรถไฟฟีจี (2021-2026) ที่ได้รับทุนจากธนาคารโลก กําลังปรับปรุงสะพานเหล็กเก่า 12 สะพานด้วยการขยายรั้วววอเรนสะพานขนาด 25 เมตรในซูวามีสมาชิกเว็บด้านขอบ (S690QL) เพิ่มเติมเพื่อตอบสนองการผสมผสานภาระการแผ่นดินไหวของ AS5100, ปรับปรุงความแข็งแกร่งต่อแผ่นดินไหวขนาด 7+

3.3 อีโคทูริสต์ โครงสร้างพื้นฐานทางรถไฟ

ภาคการท่องเที่ยวเชิงสิ่งแวดล้อมที่กําลังเติบโตของฟิจิ (รายได้ประจําปีประมาณ 1.2 พันล้านดอลลาร์) ประกอบด้วยโครงการรถไฟที่เป็นมรดกที่ต้องการสะพานเพื่อให้มีความสมดุลในหน้าที่และความสวยงาม:

สายรถไฟแห่งนาดี-เดนารู: สะพานรั้วววอเรนขนาด 20 เมตร ผ่านแม่น้ํานาดี เชื่อมสนามบินกับรีสอร์ทชายฝั่งออกแบบให้เหมาะสมกับมาตรฐานภาระคนเดิน AS5100 ( 5 kN/m2) และแนวทางด้านความงามสะพานนี้สามารถรองรับรถไฟท่องเที่ยว 20 คน และรถบํารุงรักษาพร้อมการบรรทุก AS5100 CL รับประกันความปลอดภัย.

4. การถอดรหัส AS5100 มาตรฐานการบรรทุกสําหรับรถไฟ Warren Truss Bridges

AS5100 (มาตรฐานออสเตรเลีย/นิวซีแลนด์สําหรับสะพานทาง) ไม่เป็นรหัสรถไฟแต่ข้อกําหนดภาระของมันถูกปรับปรุงให้เหมาะกับสะพานทางรถไฟของฟีจี โดยหลัก ๆ เนื่องจากความสัมพันธ์ทางเทคนิคทางประวัติศาสตร์ของฟีจีกับออสเตรเลียและการขาดมาตรฐานสะพานทางรถไฟในท้องถิ่นในฐานะวิศวกร เรามุ่งเน้นในสามส่วนสําคัญของ AS5100-2:2017 (ภาระ) สําหรับการออกแบบ Warren truss:

4.1 ข้อกําหนดการบรรทุกพื้นฐานสําหรับการใช้งานทางรถไฟ

4.1.1 การบรรทุก HS (ภาระพิเศษหนัก)

การบรรทุก HS เป็นมาตรฐานหลักสําหรับสะพาน Warren truss ทางรถไฟของฟิจิ เพราะมันจําลองรถยนต์ที่หนักและไม่มาตรฐานที่ตรงกับรถไฟกลองและอุปกรณ์บํารุงรักษา

HS30 Loading: เป็นแบบที่พบได้มากที่สุดสําหรับสายสายหญ้าแซ็กเกอร์ มันกําหนดความจุแบบ 300 kN (30 ตัน) กับสามแกน (100 kN แต่ละแกน ระยะห่าง 1.5 เมตร)มันตรงกับภาระแกนของรถไฟกองน้ําตาลของฟิจิ (2025 kN/แกน) เมื่อรวมกันในกรอบภาระตัวแทน.

HS40 การบรรทุก: ใช้สําหรับสะพานขนของ (เช่นแผนในอนาคตในการขนซีเมนต์จาก Nausori ไป Suva) มันกําหนดภาระ 400 kN (40 ตัน) กับสี่แกน (100 kN แต่ละแกน, ระยะห่าง 1.2 เมตร),การรับรองความเหมาะสมกับรถบรรทุกสินค้า 20 ตันที่อาจใช้ทางเดินรถไฟร่วมกัน

4.1.2 CL Load (Common Load) ภาระรวม

คลาร์ด CL ใช้กับการจราจรที่เบา เช่น รถบํารุงรักษาและรถไฟท่องเที่ยว

ความจืดกระจายแบบเรียบร้อย (UDL): 30 kN/m สําหรับความยาว ≤ 20 m ลดลงเป็น 10 kN/m สําหรับความยาว ≥ 100 m สําหรับสะพานรถไฟที่ใช้สําหรับนักท่องเที่ยว 20 mยูดีเอลนี้แสดงน้ําหนักของรถไฟ 20 คนและการจราจรคนเดิน.

ความจุด้านมีด (KEL): 120 kN สําหรับความกว้าง ≤ 15 m เพิ่มขึ้นเป็น 300 kN สําหรับความกว้าง ≥ 60 m.เครื่องบดรถไฟฟ้าขนาด 5 ตัน) ที่ใช้ในเส้นทางรถไฟของฟิจิ.

4.1.3 การผสมผสานภาระสําหรับสิ่งแวดล้อมของฟีจี

ในฐานะนักวิศวกร เราให้ความสําคัญกับการผสมผสานภาระ AS5100 สองแบบ สําหรับการออกแบบรัดรัด Warren ในฟีจี

การผสมผสาน 1 (ภาระถาวร + HS / CL): สําหรับการใช้งานประจําวัน.การผสมผสานนี้ทําให้กระดานรับมือการจราจรรถไฟกลีบน้ําตาลทุกวัน.

การผสม 4 (ความจืดหยุ่น + HS / CL + ลม + ความจืดหยุ่นทางแผ่นดินไหว): จําเป็นสําหรับภูมิพายุและภูมิพายุ. ความจืดหยุ่นทางลมถูกคํานวณเป็น 1.0-1.2 kPa (บริเวณชายฝั่งเช่น Nadi) หรือ 0.8-10 kPa (พื้นที่ในประเทศ เช่น Labasa), ในขณะที่แรงกระแทกแผ่นดินไหวปฏิบัติตามอ้างอิงของ AS5100 ลง NZS 1170.5 (ภูมิอากาศภูมิอากาศ 3 ของฟิจิ แปลว่าความเร่งระดับแนวราบ 0.3g)

4.2 สถานการณ์การใช้งานสําหรับ AS5100 ในฟีจี

จากมุมมองการปฏิบัติตามวิศวกรรม AS5100 ไม่สามารถต่อรองได้ใน 3 สถานการณ์

โครงการที่ได้รับทุนจากการช่วยเหลือ: ธนาคารโลก, ธนาคารพัฒนาอาเซียน (ADB) และการช่วยเหลือออสเตรเลียต้องการความเป็นมาของ AS5100 สําหรับพื้นฐานทางรถไฟโครงการปรับปรุงอุตสาหกรรมน้ําตาลฟิจจี (ปี 2020-2025) ของ ADB ราคา 50 ล้านดอลลาร์ สั่งใช้ AS5100 สําหรับสะพานใหม่ทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจถึงมาตรฐานความปลอดภัยระดับโลก.

ช่องทางบรรทุกภาระหนัก: สะพานรั้ว Warren ทุกสายบนสายกล้วยน้ําที่บรรทุกรถไฟ ≥1,200 ตันต้องตอบสนอง AS5100 HS30การบังคับใช้นี้โดยองค์การขนส่งฟีจี (FTA) เพื่อป้องกันความล้มเหลวทางโครงสร้าง800 ตันในปี 2027

สถานที่ชายฝั่งและที่เสี่ยงภัยพายุ: ข้อกําหนดภาระลมของ AS5100 เป็นมาตรฐานเดียวที่ยอมรับสําหรับพื้นที่พายุพายุของฟิจิการตรวจสอบในปี 2021 พบว่าสะพานที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน (สร้างโดยไม่ใช้คํานวณลม AS5100) มีโอกาสล้มเหลวในช่วงพายุพายุ 3 เท่า.

5การเคลื่อนไหวของตลาดของสแตนเลส Warren Truss Bridges ในฟีจี: วิเคราะห์ของวิศวกร

5.1 หน่วยขับเคลื่อนความต้องการ (วิศวกรรมและทัศนะทางเศรษฐกิจ)

การปรับปรุงอุตสาหกรรมน้ําตาล: FSC กําลังลงทุน 80 ล้านดอลลาร์ เพื่อปรับปรุงเครือข่ายรถไฟฟ้าของตนโดย 2030,เราแนะนําให้ให้ความสําคัญกับการออกแบบ AS5100 HS30 เพื่อรองรับรถไฟที่หนักกว่า.

การมอบเงินเพื่อความแข็งแกร่งต่ออุทกภัย: สํานักงานจัดการอุทกภัยแห่งชาติ (NDMO) ของฟิจจีจัดสรรเงิน 10 ล้านดอลลาร์ต่อปีเพื่อโครงสร้างพื้นฐานหลังอุทกภัยเมื่อการประกอบอย่างรวดเร็วของพวกมัน (2-3 สัปดาห์ VS. 3~6 เดือนสําหรับคอนกรีต) สอดคล้องกับตารางเวลาในการตอบสนองฉุกเฉิน

การเติบโตของโครงสร้างพื้นฐานการท่องเที่ยว: แผนการท่องเที่ยวทางสิ่งแวดล้อมของรัฐบาลมูลค่า 200 ล้านดอลลาร์ ประกอบด้วยโครงการรถไฟแห่งมรดก 5 โครงการ ซึ่งแต่ละโครงการต้องใช้สะพานรั้ววอเรนขนาดเล็ก 2 หลัง 3 หลังข้อกําหนดความเหมาะสม AS5100 สําหรับความปลอดภัยของคนเดินและการบูรณาการด้านความสวยงาม.

5.2 ความท้าทายของโซ่จําหน่าย (การประเมินทาง logistical ของวิศวกร)

ฟีจีไม่มีศักยภาพการผลิตเหล็กในประเทศสําหรับสะพานสตริส สร้างข้อจํากัดเชือกจําหน่ายที่โดดเด่น

การขึ้นอยู่กับการนําเข้า: 95% ของส่วนประกอบของ Warren truss นําเข้าจากออสเตรเลีย (BlueScope Steel, Steel Fabrication Services) และนิวซีแลนด์ (Fletcher Construction)ระยะเวลาเฉลี่ย 8-12 สัปดาห์ (รวมการขนส่งทางทะเล)จากบริสเบนไปซูวา) ซึ่งเราลดลดโดยการสั่งซื้อส่วนประกอบล่วงหน้า 6 เดือนก่อนฤดูกาลหอม

ข้อจํากัดในการขนส่ง: สถานที่ห่างไกล (ตัวอย่างเช่น ภายใน Vanua Levu) จําเป็นต้องแยกองค์ประกอบออกเป็นหน่วย ≤ 2 ตัน (เพื่อเข้ากับเรือเฟอร์รี่ขนาดเล็กและรถบรรทุก 4x4)ซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายในการผลิตขึ้น 10~15% แต่จําเป็น เราเพิ่งออกแบบใหม่กระดาน 30 เมตรเป็น 6 แผ่นแบบจําลอง (แต่ละ 1.8 ตัน) เพื่อขนส่งไปยังไร่ Labasa

ข้อกั้นการรับรอง: ความเป็นไปตาม AS5100 ต้องการการทดสอบจากฝ่ายที่สาม (เช่น Lloyd's Register ในซิดนีย์) สําหรับความแข็งแรงของวัสดุและความต้านทานต่อการกัดสนอง000 ต่อสะพาน แต่เป็นข้อบังคับสําหรับโครงการที่ได้รับเงินสนับสนุนจากการช่วยเหลือ.

5.3 กฎหมายและนโยบาย

จากมุมมองของการปฏิบัติตามวิศวกรรม มีนโยบายสองแนวทางที่สร้างสรรค์การเคลื่อนไหวของตลาด

มาตรฐาน FTA สะพานทางรถไฟ (2022): สั่งใช้ AS5100 สําหรับสะพานทางรถไฟใหม่ทั้งหมด และต้องการการปรับปรุง 50% ของสะพานก่อนปี 2010 เพื่อตอบสนองข้อบังคับความรุนแรงของ AS5100 ภายในปี 2030ซึ่งทําให้ความต้องการเพิ่มขึ้น สําหรับการปรับปรุงรั้วของวอร์เรน เรากําลังปรับปรุงสะพาน 8 สะพานในวีติเลว โดยมีสมาชิกคอร์ด S690QL.

กฎระเบียบสิ่งแวดล้อม: กฎอนุมัติสภาวะอากาศของฟิจิ (2021) ต้องการสารที่สามารถรีไซเคิลได้ 70% ในพื้นฐานของรัฐบาลสะพาน Warren truss ใช้ 90% เหล็กรีไซเคิล (สอดคล้องกับมาตรฐานวัสดุ AS5100-6)คุ้มค่าภาษี 5% ลดค่าใช้จ่ายโครงการสําหรับลูกค้าเช่น FSC

5.4 ไดนามิกราคา (การแยกค่าใช้จ่ายของวิศวกร)

สะพานคาน Warren ที่สอดคล้องกับ AS5100 ในฟีจีมีโครงสร้างค่าใช้จ่ายโปร่งใส โดยมีการทุ่มเทที่ขับเคลื่อนโดยวิศวกรรมระหว่างค่าใช้จ่ายเบื้องต้นและค่าใช้จ่ายรอบชีวิต:

ครับ

ครับ

การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: สะพานคอนกรีตขนาด 30 เมตร มีต้นทุน 250,000 หรู หรู หรู 300,000 หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรู หรช่วงชีวิตมากกว่า 20 ปีธนาคารมอบทรัพย์ของวอเรน ส่งผลให้เกิดการประหยัดค่าใช้จ่าย 18% กลับเป็นเหตุผลในการจ่ายเบี้ย AS5100 สําหรับลูกค้าระยะยาว

6แนวโน้มในอนาคต: นวัตกรรมทางวิศวกรรมและการสร้างศักยภาพท้องถิ่น

ในฐานะนักวิศวกรที่ทํ