Пролетные строения со стальными балками, объединенными в совместную работу с железобетонной плитой проезжей части.

Стальные двутавровые балки, входящие в состав бетонного сечения, давно использовали в качестве «жёсткой» арматуры. Количество бетона, защищавшего стальные балки от внешних неблагоприятных факторов, стали постепенно уменьшать. Это объяснялось сложностью обеспечения трещиностойкости бетона, удалённого от нейтральной оси, да и качество металла непрерывно улучшалось, совершенствовались и методы защиты металла от внешнего воздействия. В конце концов произошло разделение функций элементов, составляющих сечение на несущую стальную балку и железобетонную плиту (Рис. 18.1).

Железобетонная плита проезжей части в 30х годах XX в. постепенно стала вытеснять деревянный настил на металлических пролётных строениях. Этому способствовало то обстоятельство, что железобетонная плита намного долговечнее деревянного настила и способна воспринимать огромные нагрузки от современных транспортных средств. Наблюдения за работой стальной балки с уложенной на неё монолитной железобетонной плитой выявили существенное отличие между теоретическими и экспериментальными данными.

Фактически конструкция оказалась более жёсткой, значительно уменьшились напряжения в верхнем поясе стальной балки, но обнаружились сжимающие напряжения в бетоне, не предусмотренные расчётами при проектировании. Это объяснялось наличием сил сцепления между монолитной плитой и стальной балкой (Рис. 18.4).

Однако подобная связь между железобетонной плитой и стальной балкой не обладала требуемой для мостов надёжностью, поэтому рядом исследователей высказывались предложения по целенаправленному конструктивному обеспечению надёжной связи между плитой и стальной балкой. В 1939 г. был разработан способ обеспечения надёжной связи между плитой и стальной балкой (система «Альфа»), основанный на прикреплении к верхнему поясу балки спиральной арматуры с помощью сварки (Рис. 18.3).

С постройкой ряда мостов в Северной Америке и Швейцарии связано рождение новой конструктивной формы пролётных строений сталежелезобетонные пролётные строения. Впоследствии сталежелезобетонные пролётные строения стали распространяться и в других странах.

В сталежелезобетонной конструкции железобетонная плита выполняет две функции несущей конструкции ездового полотна и, являясь важной компонентой верхнего пояса, входит в состав главной несущей конструкции (Рис. 18.5). Участие железобетонной плиты в совместной работе со стальной балкой позволяет существенно уменьшить сечение верхнего пояса. Иногда его размеры принимают в соответствии с требованиями конструктивного минимума, регламентированного нормами проектирования мостов.

Соотношение (Рис. 18.5) является главным внешним признаком принадлежности конструкции к классу сталежелезобетонных пролётных строений, но первые отечественные сталежелезобетонные мосты в ряде случаев проектировали с одинаковыми сечениями поясов. Включение железобетонной плиты в совместную работу со стальными балками и, как следствие, уменьшение в первую очередь сечения верхнего пояса позволяет сократить расход металла на 10…15%.

Конструкция первых отечественных сталежелезобетонных (СТЖБ) пролётных строений, построенных в конце сороковых годов прошлого века, характеризовалась частым расположением стальных балок (шаг балок иногда составлял всего 1,8…2,0 м) и применением монолитной железобетонной плиты. В начале пятидесятых годов прошлого века стали применять сборные железобетонные плиты проезжей части. Впоследствии такое решение распространилось почти повсеместно. Число стальных балок стали уменьшать, но во избежание утяжеления железобетонной плиты, связанного с увеличением перекрываемого ею пролёта, в состав пролётного строения стали вводить одну, а в мостах с большими габаритами две продольные балки.

На начальном этапе применения сталежелезобетонных пролётных строений поперечные швы между сборными железобетонными плитами проезжей части заполняли цементным или клеевым раствором, пластбетоном и бетонным раствором (Рис. 18.8). Для повышения прочности бетонной шпонки в неё перед бетонированием вводили спиральную арматуру. Практика, однако, показала, что подобные способы устройства поперечных швов не обладали необходимой надёжностью и после непродолжительной эксплуатации моста выходили из строя.

В настоящее время железобетонные плиты проезжей части соединяют с помощью арматурных выпусков (Рис. 18.9). Железобетонные плиты при этом делают несколько меньшей ширины для обеспечения возможности соединения арматурных выпусков объединяемых плит между собой. Арматурные выпуски соединяют внахлёстку сваркой или обвязкой проволокой. Пространство между торцами соединяемых блоков заполняют бетонным раствором. Поскольку железобетонная плита в поперечном направлении должна быть неразрезной, продольный стык плит выполняют с помощью арматурных выпусков или закладных деталей.

Так как над поверхностью верхнего пояса выступают накладки монтажных стыков и головки заклёпок или болтов, то плиту укладывают на выравнивающий слой цементно-песчаного раствора подливку (Рис. 18.10). В целях повышения эффективности включения железобетонной плиты в совместную работу со стальной балкой её укладывают в повышенном уровне за счёт устройства в сборном блоке плиты прямоугольной вставки или вутов.

Продольные балки, призванные уменьшать рабочий пролет железобетонной плиты проезжей части, должны обладать необходимой для этого вертикальной жёсткостью. Такой жёсткостью продольная балка обладает только в местах её опирания на поперечные связи. На участке между поперечными связями, а это составляет 5,25 м, продольная балка фактически является упруго оседающей опорой и в полной мере возложенные на неё функции не выполняет. Это, естественно, вносит некоторую неопределённость в работу плиты проезжей части при воздействии на неё вертикальной нагрузки. В целях обеспечения более чёткой работы плиты проезжей части под нагрузкой в последнее время стали применять ребристые плиты проезжей части, отказавшись при этом от продольных балок. Плиту проезжей части выполняют из сборных П-образных блоков с объединением их шпоночным стыком (Рис. 18.11) или из двухребристых тавровых блоков со стыком на арматурных выпусках (Рис. 18.12).

При монолитной железобетонной плите можно использовать металлические поперечные диафрагмы, часто расположенные по длине пролётного строения. При этом удаётся не только увеличить длину консоли плиты, но и отказаться от поперечных связей, а иногда и нижних продольных связей (Рис. 18.13). Верхние пояса таких диафрагм должны располагаться в одном уровне с верхними поясами главных балок.

При устройстве тротуаров в повышенном уровне наружную часть плиты тротуарного блока опирают на железобетонный брус, уложенный на концы консолей блоков железобетонной плиты (Рис. 18.14).

Часто длину консольных свесов некоторых железобетонных плит уменьшают настолько, чтобы можно было закрепить вертикальную стенку тротуарного блока. Устойчивость его закрепления обеспечивается дополнительным опиранием его на железобетонный продольный брус, уложенный на края удлинённых блоков плиты проезжей части (рис. 18.15).

В неразрезных сталежелезобетонных пролётных строениях возможно применение трёх основных вариантов компоновки конструкции (Рис. 18.16). В монолитных железобетонных плитах в зонах действия отрицательных моментов устраивают деформационные швы, чтобы в самопроизвольном месте образовавшейся трещины не произошёл разрыв гидроизоляции.

Для неразрезных сталежелезобетонных пролётных строений, устраиваемых на кривых в плане трассах, целесообразно использовать коробчатые конструкции с вертикальными или с наклонными стенками.