Способы объединения железобетонной плиты проезжей части со стальными балками.

Совместность работы железобетонной плиты проезжей части со стальными балками, т. е. способность восприятия сдвигающих усилий, возникающих между ними, обеспечивается разнообразными конструкциями связей объединения. Эти связи должны воспринимать сдвигающее усилие S_св..об., вызванное действием перерезывающей силы от вертикальных нагрузок S_Q, усадкой S_{усад., бет.} и ползучестью бетона S_{полз., бет.}, а так же неравномерным распределением по высоте сечения балки температурного воздействия на объединённую конструкцию (Рис. 19.1).

В основном связи объединения выполняют в виде гибких или жёстких металлических упоров. При монолитной железобетонной плите чаще используют гибкие упоры (Рис. 19.2) из арматурных стержней в виде крючков или петель. К верхнему поясу стержни-упоры прикрепляют под углом 35°…45° с помощью сварки.

Длину одиночного анкера принимают не менее 25d_арм., а петлевого не менее 7d_арм..Стержни-упоры, прикрепляемые фланговыми сварными швами, требуют усиления сварного шва в зоне перегиба стержня.

Если приварка стержней-упоров к поясу балки по каким-то причинам не допускается, то петлевые упоры объединяют в группы, которые приваривают к металлическим полосам, закреплённым на металлической подкладке (Рис. 19.3). Объединённые в группу петлевые упоры через металлическую прокладку прикрепляют к верхнему поясу высокопрочными болтами.

Находят применение и полосовые упоры типа Perfobond, выполненные из полосы или тавра с просверленными в них отверстиями для пропуска стальной арматуры (Рис. 19.4). Упор прикрепляют к верхнему поясу с помощью сварки. Полосовой упор в виде тавра позволяет снизить дополнительные сварочные напряжения в зоне прикрепления верхнего пояса к вертикальной стенке. В случае таврового полосового упора возможно прикрепление его к поясу высокопрочными болтами.

Закрепление стальной арматуры в полосовом упоре возможно в наклонных вырезах стенки упора. Но устройство таких упоров (гребенчатого типа) связано с повышением трудоёмкости устройства вырезов в полосе на газорезательных машинах с программным управлением.

В последнее время в практике мирового и отечественного мостостроения широко применяют гибкие штыревые упоры с круглой цилиндрической головкой (Рис. 19.5). Упоры приваривают к верхнему поясу контактнодуговой сваркой при сварочном токе порядка 2000 А. Время приварки одного упора не превышает одной секунды. Для улучшения качества приварки упора используют керамические кольца, выполняющие функцию защиты расплавленного металла от контакта с воздухом и предохраняющие глаза сварщика от ожога лучевым воздействием сварочной дуги.

Сварку выполняют переносным сварочным пистолетом, подключённым к компактному источнику тока, оборудованному пультом управления и специальным блоком, обеспечивающим возможность выполнения сварки в автоматическом режиме контроля за сварочным током. В отечественном мостостроении используют штыревые упоры диаметром 20.. .22 мм и длиной 150…250 мм, выполненные из стали 09Г2С4.

К настоящему времени наиболее полно разработана отечественная технология приварки упоров к конструкциям, выполненных из стали марки 15ХСНДА-2. В целях предотвращения возможного разрушения бетона плиты в зоне упоров возможно применение спиральной арматуры, установленной вокруг штыревого упора.

В сталежелезобетонных конструкциях с поперечными диафрагмами штыревые упоры иногда устанавливают не только на главные балки, но и на диафрагмы.

Гибкий упор может быть выполнен из углового проката (Рис. 19.8). Упор такого типа имеет простую конструкцию, но требует повышенного расхода металла. Кроме того, имея малую изгибную жёсткость (высокую податливость) и низкое сцепление с бетоном, уголковый упор менее эффективен, чем ранее рассмотренные ранее гибкие упоры. Повышения жёсткости и, следовательно, понижения податливости упора возможно добиться постановкой дополнительных рёбер, приваренных к полкам уголка, но такой упор уже должен быть отнесён к разряду жёстких упоров.

Обычно жёсткие упоры состоят из вертикального металлического листа, усиленного одно или двухсторонними рёбрами-косынками (Рис. 19.9). Варьируя размеры вертикального листа, можно добиться требуемой для упора несущей способности. Двухсторонние упоры используют на участках действия большой, или двухзначной сдвигающей силы.

К жёстким упорам, расположенным на концевых участках пролётного строения, приваривают дополнительные арматурные петли, препятствующие отрыву железобетонной плиты от стальной балки.

Для того чтобы в месте прикрепления упора к верхнему поясу в одно поперечное сечение попадал минимум длины сварных швов, применяют упоры с цилиндрической поверхностью (Рис. 19.10). В таких упорах отпадает потребность постановки рёбер-косынок. Зону местного сжатия бетона перед цилиндрическим упором необходимо армировать.

В конструкциях северного исполнения проектировщики избегают применения поперечных сварных швов. В этом случае упор приваривают к металлической пластине, которую, в свою очередь, прикрепляют к верхнему поясу при помощи высокопрочных болтов.

Так как дополнительный слой бетона (подливка) между железобетонной плитой и стальной балкой не учитывается в работе, целесообразно вертикальную плиту упора не заводить в этот слой и естественно, не приваривать её к стальному верхнему поясу (Рис. 19.12). Прочность прикрепления при этом обеспечивается приваркой двухсторонних рёбер-косынок продольными угловыми сварными швами, не влияющими на работу стального верхнего пояса.

Жёсткие упоры рассмотренных конструкций чаще используют в конструкциях со сборной плитой проезжей части. Чтобы обеспечить установку железобетонной плиты на стальную балку, в плите устраивают окна для размещения в них жёстких упоров. Размеры окон принимают с запасом для обеспечения зазоров между упором и стенками окон 5 см и 3 см соответственно вдоль и поперёк пролётного строения. В целях унификации расположения окон в железобетонных плитах верхний пояс стальной балки разбивают на участки, в пределах которых шаг упоров принимают постоянным. Для этой же цели иногда применяют конструкции жёстких упоров с различными геометрическими размерами.

После установки и выверки положения железобетонных плит осуществляют бетонирование окон. К сожалению, эта несложная, но весьма ответственная операция практически не поддаётся техническому контролю.

При несоблюдении технологии омоноличивания окон можно получить неплотный бетон, а следовательно, неэффективно работающий упор.

После объединения арматурных выпусков сваркой или обвязкой, омоноличивания продольных и поперечных швов с последующим этапом выдержки во времени пролётное строение переходит в разряд сталежелезобетонных.

В некоторых случаях целесообразно объединение железобетонной плиты не только со стальными главными балками, но и с второстепенными (продольными) балками (прогонами) (Рис. 19.14). В этом случае специальные окна для размещения упоров не устраивают, а размещают упоры в продольном шве между плитами.

Выпуски верхней арматуры железобетонной плиты сваривают в нахлёстку или ванным способом. Нижняя арматура плиты может быть приварена к закладной детали, которую, в свою очередь, приваривают угловым сварным швом к верхнему поясу продольной балки (если металл продольной балки допускает применение сварки). Закладная деталь при этом частично выполняет функции связующего элемента между железобетонной плитой и стальной продольной балкой.

Закладные детали можно использовать и для объединения железобетонной плиты со стальными главными балками (Рис. 19.15). Закладные детали можно располагать как вертикально, так и горизонтально; анкеровать в железобетонной плите с помощью гибких или жёстких упоров; прикреплять к верхнему поясу с помощью сварки или высокопрочных болтов.

Для объединения железобетонной плиты со стальными балками можно использовать высокопрочные болты (Рис. 19.16). Чтобы обеспечить пропуск через железобетонную плиту высокопрочных болтов, в неё перед бетонированием закладывают металлические трубки, которые впоследствии уменьшают потери натяжения высокопрочных болтов от ползучести бетона.

Давление на железобетонную плиту от натяжения высокопрочных болтов передаётся через металлические пластины, уложенные на слой клея (например, на основе эпоксидной смолы). Клеевую прослойку создают также между железобетонной плитой и верхним поясом стальной балки. Такой способ объединения железебетонной плиты со стальной балкой можно назвать комбинированным, или клееболтовым. Объединение обладает высокой жёсткостью на сдвиг, равномерно передаёт сдвигающее усилие, действующее между плитой и балкой, но для своего исполнения требует трудоёмкой рассверловки в поясе отверстий под высокопрочные болты, что в свою очередь существенно ослабляет сечение верхнего пояса.