Билет №4

1. Особенности расчета железобетонных пролетных строений, усиливаемых накладной плитой. Стадии работы, расчетная схема, параметры, принимаемые в расчете (ВСН 51-88 п.п. 4.18 – 4.31).

 

4.18. Расчет пролетных строений должен учитывать все возможные стадии его уширения и усиления, а также отражать существующий критерий предельного состояния, т.е. допускать в отдельных случаях появление ограниченных пластических деформаций.

Для определения напряженно-деформированного состояния пролетного строения под нагрузкой необходимо использовать современные пространственные методы расчета, позволяющие установить более точное распределение нагрузок между элементами и определить усилия в них. Повышение точности расчетов может позволить в отдельных случаях отказаться от специальных мер по усилению элементов.

 

4.19. В схемах уширения с накладной плитой, раздвижкой тротуарных блоков или с увеличением размеров пешеходного габарита расчетом проверяют крайние балки пролетных строений на прочность при изгибе с кручением. При необходимости предусматривают усиление и повторно проверяют расчетом усиленную конструкцию, учитывая при этом измененную жесткость сечения на длине (на части длины) балки.

В схемах уширения по группе А, в которых предусмотрено бетонирование консолей, развитие существующих консолей и использование бетонных (монолитных) ребер жесткости или железобетонных кронштейнов железобетонную плиту проверяют на действие местной нагрузки расчетом по прочности и трещиностойкости. При этом работу ребер и кронштейнов совместно с консолью существующей плиты учитывают при условии надежного их объединения и изоляции.

 

4.20. Для случаев с накладной железобетонной плитой совместную работу плиты с существующим железобетонным пролетным строением учитывают на действие временной нагрузки и второй части постоянной нагрузки.

При уширении пролетных строений сборной или сборно-монолитной железобетонной накладной плитой плиту объединяют с существующей конструкцией с помощью бетонных шпонок, которые располагают вплотную к боковым граням главных балок. Для сборных диафрагменных пролетных строений такое расположение шпонок является обязательным. При уширении пролетных строений накладной плитой с применением в качестве объединяющих элементов гибких упоров и анкеров несущую способность каждого гибкого упора или анкера на восприятие сдвигающего усиления определяют по приложению 22 #M12293 0 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322СНиП 2.05.03-84#S. При этом для гибких упоров в виде трубчатых металлических нагелей, заполненных бетоном или раствором с расчетным сопротивлением МПа, формулы (2) и (3) приложения 22 #M12293 1 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322СНиП 2.05.03-84#S сохраняют силу, а в формуле (4) вместо величины необходимо принимать (), где - внутренний диаметр металлического нагеля.

Если для уширения пролетного строения применяют сборно-монолитную ребристую накладную плиту с дискретным опиранием ее элементов на главные балки, соответственно с обеспечением дискретных связей с ними, то расчеты по предельным состояниям несущих элементов производят отдельно для главных балок и накладной плиты между узлами их сопряжения (см. пп.4.21-4.26).

 

4.21. Расчет прочности нормальных сечений балок пролетных строений, уширенных ребристой накладной плитой после объединения ее с существующими балками, производят по полной рабочей высоте. При этом допускается высоту сжатой зоны принимать равной толщине полки накладной плиты.

Расчет прочности наклонных сечений производят по рабочей высоте существующих балок без учета накладной плиты. Для крайних балок расчетная длина свеса консоли сжатой полки не должна превышать шести ее толщин, считая от грани вертикальной стенки.

 

4.22. При дискретных связях накладной плиты с существующими балками (шпоночные или болтовые соединения, гибкие или жесткие упоры) сдвигающие силы по шву их сопряжения определяют как приращение осевых усилий в полке накладной плиты (рис.4.1,):

, (4.3)

где ; - осевые усилия в железобетонной плите в сечениях и , ограничивающих -й участок балки справа и слева (рис.4.1, ):

; ; (4.4)

плечо внутренней пары сил

,

где , - нагибающие моменты в сечениях , , ограничивающих -й участок балки справа и слева (см. рис.4.1).

 

Рис.4.1. Расчетная схема для определения сдвигающих усилий

по контакту между накладной плитой и балкой:

- общая схема распределения усилий в накладной плите и сдвигающих усилий;

- огибающая эпюра моментов; , - схемы к определению сдвигающих усилий на приопорном (сечение III-III)

и среднем участках балки (между сечениями I-I и II-II)

 

 

4.23. В крайнем от опоры участке накладной плиты осевое усилие (левое) определяют с учетом работы на сжатие полки существующей балки. Распределение усилий в полке накладной плиты, а также в полке и арматуре существующей балки определяют, принимая гипотезу плоских сечений (рис.4.1, ). Работу на сжатие ребра сжатой зоны не учитывают. Усилие в полке накладной плиты зависит от положения нейтральной оси и определяется по формуле

, (4.5)

где - высота сжатой зоны над наклонной трещиной (нейтральной осью), по опытным данным может приниматься .

 

4.24. Несущую способность бетонной шпонки на восприятие сдвигающего усилия между старым и новым бетоном определяют по формуле

,

где - коэффициент формы поперечного сечения шпонки, принимаемый для квадратных шпонок , прямоугольных с большей стороной, ориентированной вдоль сдвигающей силы , круглых , ромбовидных ; - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению; - площадь рабочего сечения шпонки.

Несущую способность армированных шпонок определяют по формуле

 

, (4.6)

где - коэффициент условий работы арматуры шпонки, принимаемый равным 1,0 для гибкой арматуры и 1,25 для жесткой арматуры; - приведенная площадь рабочего сечения шпонки; - площадь арматуры, нормально ориентированной к сечению сдвига.

 

4.25. Расчет на смятие железобетонных шпонок следует производить по формуле

 

, (4.7)

где - сдвигающая сила, передающаяся на шпонку; - толщина принимаемой в расчет плиты; - ширина шпонки.

 

4.26. Шпонки плит, расположенных в зоне максимальных поперечных сил, проверяют также расчетом на выносливость.

Расчет армированных шпонок на выносливость осуществляют по формуле

 

, (4.8)

где - сдвигающее усилие на одну шпонку при коэффициенте асимметрии цикла нагрузки ; - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению.

4.27. В схемах уширения железобетонных пролетных строений приставляемыми конструкциями расчетом проверяют достаточность несущей способности существующих и новых элементов с учетом измененного перераспределения усилий между ними. Учитывая, что добавление балок наряду с разгрузкой существующих балок приводит к перегрузке диафрагм и плит, расчетом проверяют прочность не только крайних и средних балок, но и плиты проезжей части и диафрагм. При необходимости предусматривают меры по усилению средних диафрагм.

 

4.28. В расчете вариантов уширения железобетонных пролетных строений путем добавления новых конструкций учитывают изменение напряженного состояния в существующих балках из-за длительных деформаций (усадки, ползучести) приставляемых элементов. Вновь появившиеся длительные деформации учитывают при проверке трещиностойкости:

в ненапряженных пролетных строениях - по величине раскрытия трещин;

в преднапряженных пролетных строениях - по моменту образования трещин.

 

При определении влияния постоянных нагрузок, приложенных к новым элементам пролетного строения, на напряженное состояние всего пролетного строения учитывают, что перераспределение усилий происходит в течение длительного времени (до затухания ползучести бетона) от двух видов постоянных нагрузок и воздействий:

а) прикладываемых до объединения элементов уширения между собой и со старой частью пролетного строения (собственный вес элементов уширения, силы предварительного напряжения элементов уширения, усадка бетона элементов уширения);

б) прикладываемых после объединения элементов уширения со старой частью пролетного строения (вторая часть постоянной нагрузки в пределах элементов уширения или на всей ширине пролетного строения, если мостовое полотно устраивают в ходе реконструкции заново). Методика учета длительных деформаций изложена в приложении 6.

 

4.29. Предельные изгибающие моменты и поперечные силы в расчетных сечениях элементов, реконструируемых путем развития сжатой зоны сечения добавлением нового монолитного или сборного бетона и железобетона, следует определять как для элементов сплошного сечения по указаниям #M12293 0 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322СНиП 2.05.03-84#S, если обеспечена связь нового бетона и железобетона со старым, контролируемая расчетом на сдвиг и отрыв.

При наличии препятствующих отрыву конструктивных связей между старым и новым бетонами, например в виде высокопрочных болтов или арматурных выпусков, в расчетах на сдвиг по контактному шву следует учитывать силы сцепления, равные расчетным сопротивлениям по наименее прочному материалу в соответствии с требованиями п.3.24 #M12293 1 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322СНиП 2.05.03-84#S. При наличии обжимающих высокопрочных болтов силы сцепления (трения) следует учитывать при обеспечении нормального давления по контактному слою по указаниям приложения 23 #M12293 2 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322СНиП 2.05.03-84#S с использованием коэффициента трения , а при надлежащей обработке поверхности (вырубка борозд или другие методы создания макрошероховатости .

 

4.30. Для схем уширения с обетонированием конструкций по всей высоте ребра (монолитная железобетонная вставка, см. рис.3.4) предусматривают дополнительное объединение в зоне диафрагм (штыри, стяжные болты, хомуты) и проверяют расчетом достаточность сцепления на участках между диафрагмами от действия изгибающего момента в поперечном направления и местной вертикальной нагрузки от НК-80, вызывающей касательные напряжения по плоскости контакта:

, (4.9)

где - высота стенки; - расчетное сопротивление бетона (по марке бетона существующих конструкций) сжатию (см. табл.23#M12293 0 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322 СНиП 2.05.03-84#S или п.4.13 настоящей Инструкции).

 

При несоблюдении требования (4.9) предусматривают специальные меры по передаче касательных и нормальных напряжений с одного элемента на другой (помимо объединения арматурой в зоне диафрагм) - пескоструйная очистка поверхностей, склеивание элементов, более частое расположение тяжей и др.

Если в расчете уширенного пролетного строения геометрические характеристики элементов, объединенных в одну более жесткую балку принимают раздельными (жесткости старого ребра, нового ребра и монолитной вставки) проверку по не выполняют.

 

4.31. При разработке проекта уширения железобетонных пролетных строений с каркасной арматурой, эксплуатирующихся более 25 лет и срок возможной эксплуатации которых после уширения ограничен 10 годами и менее, допускается производить расчет только на прочность с появлением в арматуре и бетоне элементов (например, в крайних или средних балках и диафрагмах) пластических деформаций:

; . (4.10)

 

 

2. Способы усиления и уширения железобетонных пролетных строений мостов под современные нормативные нагрузки и габариты приближения автомобильных дорог IV, Ш, II и I категорий (ВСН 51-88).

 

Схемы увеличения пешеходного габарита с целью повышения пропускной способности тротуаров (схемы уширения по группе А) предусматривают замену существующих тротуарных блоков. Применяемые типовые конструкции тротуарных блоков (1,0 м или 1,5 м взамен 0,5; 0,75 или 1,0 м) закрепляют на крайних балках пролетного строения или поддерживают специальными конструкциями (кронштейнами, подкосами, ребрами жесткости).

При неудовлетворительном состоянии консолей крайних плит замена тротуарных блоков должна сопровождаться удалением существующих консолей и добетонированием новых (с устройством кронштейнов, подкосов, ребер жесткости). Схемы с подкосами применяют в конструкциях с плитой, армированной в двух уровнях.

Возможные схемы увеличения пешеходного габарита приведены на рис.3.1.

 

Рис.3.1. Схемы увеличения ширины тротуаров (группа А):

1 - существующее пролетное строение; 2 - слой одежды ездового полотна; 3 - новый тротуарный блок;

4 - бетонированный участок консоли плиты; 5 - ребро жесткости под консолью плиты;

6 - подпорка под консоль плиты

 

Схемы уширения, предусматривающие смещение тротуарных блоков или их удаление, могут быть применены при увеличении габарита на 0,5-1,5 м (рис.3.2).

Рис.3.2. Схемы уширения с удалением или смещением тротуарных блоков:

- смещение тротуарного блока; - то же с бетонированием консоли;

- то же с установкой сборного ребра жесткости под консоль; - удаление тротуарного блока;

1 - существующее пролетное строение; 2 - слой одежды ездового полотна; 3 - новый тротуарный блок;

4 - бетонированный участок консоли; 5 - ребро жесткости под консолью плиты; 6 - блок ограждения

 

3.5. Уширение за счет монолитной накладной плиты (группа Б), не требующее добавления балок, применяют, как правило, при увеличении габарита на 1,0-3,0 м в пролетных строениях до 18 м, а в отдельных случаях и более. При этом предусматривают удаление всех элементов мостового полотна (тротуаров, слоев одежды и др.) и обеспечение совместной работы плиты и эксплуатируемых пролетных строений.

Возможные схемы уширения по группе Б приведены на рис.3.3. При выборе схем на стадии вариантного проектирования учитывают область рационального применения, оговоренную выше и в табл.3.1, а также реальную степень повышения класса элементов по грузоподъемности, показанную в табл.3.1.

Рис.3.3. Схемы уширения с помощью монолитной накладной плиты

 

Примечание. Степень повышения класса грузоподъемности подсчитана по изгибающему моменту в середине пролета, она показывает примерную возможность схем уширения по рис.3.3. Табл.3.1, как и последующие таблицы этого раздела, дана в качестве примера при выборе технического решения.

 

3.6. Схемы уширения с помощью ребристой накладной плиты (в сборном или сборно-монолитном вариантах), а также не требующие уширения опор, применяют при увеличении габарита в основном на 2-5 м (а в отдельных случаях, при достаточном технико-экономическом обосновании - и более) в мостах с пролетами до 18 м и с пролетными строениями как разрезных, так и неразрезных систем (рис.3.4).

 

Рис.3.4. Схемы уширения сборной () и сборно-монолитной (, ) накладной плитой:1 - существующее пролетное строение; 2 - сборная ребристая накладная плита;

3 - монолитный шпоночный шов (сечения А-А - по поперечному стыку, Б-Б - по накладной плите

 

Расположенные поперек пролетного строения вертикальные ребра плит с заключенными между ними армированными швами замоноличивания выполняют роль дополнительных диафрагм, увеличивая поперечную жесткость пролетного строения, а также подкрепляют свесы консолей, что позволяет существенно увеличить их вылет.

Уширение ребристой накладной плитой наиболее целесообразно в условиях, когда иные способы затруднены (например, при высоких опорах) и когда требуется существенное увеличение грузоподъемности существующего пролетного строения.

При уширении предусматривают обеспечение совместной работы накладной плиты с существующими балками. Прочность, жесткость, трещиностойкость уширенных пролетных строений проверяют расчетом. Применение плоской плиты в сборном варианте недопустимо.

 

3.7. Уширение мостов с симметричным добавлением балок (плит) пролетных строений и с развитием только ригеля (группа В) предусматривает добавление по одной балке с каждой стороны (симметричное уширение) и может быть использовано при увеличении габарита от 1,5 до 2,5 м (рис.3.5). При этом приставляемые элементы объединяют с существующей конструкцией по плите проезжей части или по плите и стенке балки (плиты), что позволяет в большинстве случаев облегчить работу старых балок в пролетном строении. Возможную разгрузку (т.е. возможность повышения класса по грузоподъемности по сравнению с фактическим) принимают по данным табл.3.2, где также указаны и области рационального использования приведенных на рис.3.5 схем.

Рис.3.5. Схемы увеличения габарита с добавлением по одной балке с каждой стороны пролетного строения

 

3.8. Если по фактическому состоянию балки требуют разгрузки, а схемы уширения не обеспечивают ее (в табл.3.2 значения равны 0), применение указанных схем уширения должно сопровождаться усилением существующих балок (плит) пролетных строений (например, методом наклейки арматуры).

Комбинация приведенных схем уширения с устройством монолитной накладной плиты позволит увеличить не только габарит, но и степень разгрузки существующих балок, повысить их несущую способность дополнительно.

 

3.9. Уширение мостов с симметричным добавлением балок (плит) пролетных строений и развитием в стороны тела опор (группа Г) предусматривает добавление с каждой стороны по одной-две балки и может быть использовано при увеличении габарита на 2-3,5 м. При этом уширение осуществляют по схемам, аналогичным приведенным для группы В (рис.3.6).

 

Рис.3.6. Схемы увеличения габарита добавлением балок пролетных строений,

требующих уширения тела опоры (группа В, )

 

3.10. Уширение мостов с уширением фундаментной части опор устройством новых опор (группа Д) может быть двусторонним (симметричным или несимметричным) или односторонним в зависимости от положения оси дороги после реконструкции и возможностей подрядчика. При этом схемы уширения пролетных строений могут основываться на схемах, приведенных на рис.3.6, но с большим числом добавляемых балок. Одностороннее уширение используют, как правило, в случаях, требующих незначительного, или не требующих повышения грузоподъемности моста. Одностороннее уширение наиболее эффективно в комбинации с другими методами усиления и уширения, поскольку оно в этом случае наряду с упрощением технологии приводит и к увеличению грузоподъемности.

 

3.11. Комбинированные методы уширения (группа Е) представляют собой совокупность изложенных выше (пп.3.4-3.9) методов и схем, их поясняющих (см. рис.3.1-3.6). Наиболее эффективны схемы комбинированных методов уширения пролетных строений, позволяющие одновременно существенно увеличить грузоподъемность (рис.3.7 и 3.8) применительно к мостам с начальным габаритом Г-7+2х0,75 м. Степень увеличения класса элементов (балок, плит) по грузоподъемности, а также наиболее рациональные интервалы длин пролетных строений, где эти схемы могут быть применены, указаны в табл.3.4.

Рис.3.7. Схемы комбинированных методов уширения сборных диафрагменных пролетных строений

 

Рис.3.8. Схемы комбинированных методов уширения сборных бездиафрагменных () и монолитных диафрагменных (, ) пролетных строений

 

3.12. При выборе схем уширения пролетных строений учитывают тот факт, что при значительных уширениях (более 2 м в одну сторону) появляется опасность занижения высоты подмостового габарита. Для подобных сооружений следует рассматривать лишь такие схемы уширения, в которых при поперечном уклоне 2% отметка низа добавляемых конструкций соответствует требованиям п.123 #M12293 0 1200000252 3704477087 78 23945 2527633844 2685059051 3363248087 4294967268 584910322СНиП 2.05.03-84#S. Целесообразно использовать накладную плиту, дополнительные балки пониженной высоты (проект 856) и пустотные плиты.