Innowacyjne mosty podwieszone

Konstrukcje sprężone przy użyciu cięgien kompozytowych to już nie naukowe marzenia, ale rzeczywistość światowego budownictwa.
Przykłady mostów wantowych z kablami CFRP, Polymers 2015, 7(10)

Materiały kompozytowe funkcjonują właściwie w budownictwie od tysiącleci, bo już w starożytności znano materiały o niejednorodnej strukturze, złożone z dwóch lub więcej składników różniących się właściwościami. Na ogół jeden z nich stanowiło lepiszcze, które gwarantowało spójność, elastyczność, twardość i wytrzymałość na ściskanie, a drugi składnik materiałowy był odpowiedzialny za większość pozostałych właściwości mechanicznych kompozytu.

Określenie materiał kompozytowy związane z technologią kompozytów polimerowych, popularnie zwanych fiber reinforced polymer (FRP), przyjęto w światowym przemyśle około 100 lat temu. Najpierw w dziedzinie chemii, później elektroniki, a z biegiem czasu materiały kompozytowe zrewolucjonizowały przemysł lotniczy i transportowy.

Pierwsze zastosowania materiałów kompozytowych w budownictwie odnotowano w latach 50., nie wiązało się ono jednak z użyciem tego materiału do wzmocnień elementów konstrukcyjnych. Były to elementy konstrukcyjne używane jako architektoniczne dodatki zabytkowych elementów wykończeń elewacji, sztukaterii, kopuł i paneli ściennych. Dopiero lata 80. przyniosły pierwsze zastosowania kompozytów w budownictwie, związane zarówno ze wzmacnianiem konstrukcji, jak i użyciem samodzielnych elementów konstrukcyjnych, w całości lub w części wykonanych z materiałów kompozytowych.

Jednocześnie z rozwojem badań doświadczalnych odnotowano szereg aplikacji na rzeczywistych obiektach mostowych, w budynkach przemysłowych i użyteczności publicznej. Ten idealnie sprężysty materiał pozwala przy swojej niebywałej lekkości na przenoszenie ogromnych sił rozciągających, nawet jeśli te siły będą wielokrotnie zmienne np. w wypadku obciążeń dynamicznych, a zwłaszcza sejsmicznych. Jeśli dodatkowo taki kompozyt w postaci cięgna jest sprężony, przenosi wielokrotnie wyższe siły niż podobne cięgno wykonane ze stali. To jest ogromne pole do wykorzystania cięgien węglowych w mostach, kładkach i wszelkiego typu konstrukcjach podwieszonych.

Pierwsze użycie kabli CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) w konstrukcji mostu wantowego nastąpiło w 1996 roku (Stork Bridge w Winterthur, Szwajcaria, rys. 1, Meier, 1996). 

Stork Bridge w Winterthur, Szwajcaria, rys. 1, Meier, 1996

Kompozyty głównie węglowe pozwalają więc kształtować takie przekrycia, kładki i mosty, jakich nie można wykonać przy użyciu tradycyjnych materiałów (stali i betonu). Przyszłością zastosowań kompozytowych będą, jak się wydaje wielkoprzestrzenne przykrycia dachowe i elewacje o niespotykanych kształtach. Czy to wyobraźnia? Czy już rzeczywistość?