Тема 13. Сплошностенчатые сталежелезобетонные пролетные строения

13.1. Принципы работы

И ОБЩАЯ КОМПОНОВКА СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ

СТРОЕНИЙ

Сталежелезобетонными называют пролетные строения, в которых железобетон и сталь работают в единой конструкции, что позволяет наилучшим образом использовать каждый из этих материалов в соответствии с его свойствами . В частности, сталежелезобетонными являются пролетные строения с железобетонной плитой проезжей части, включенной в совместную работу с поясами стальных главных балок.

Наибольшее распространение имеют сплошностенчатые сталежелезобетонные пролетные строения с ездой поверху балочно-разрезной, балочно-неразрезной и рамной систем, относящиеся к одному из главных видовадеталлических пролетных строений.

В сплошностенчатых пролетных строениях включение железобетонной плиты в работу на сжатие совместно со стальными верхними поясами позволяет значительно уменьшить их сечения и в некоторой степени облегчить другие стальные элементы главных балок, а также увеличить жесткость и улучшить динамические характеристики пролетного строения.

Железобетонную плиту укладывают по стальным балкам чаще всего после перекрытия ими пролетов. При этом главную часть постоянных нагрузок воспринимают стальные балки без помощи железобетонной плиты, а сжимающие усилия возникают в железобетонной плите от временных нагрузок и только добавляемых после объединения железобетона и стали постоянных нагрузок, а также от предварительного напряжения и регулирования, если оно предусмотрено проектом.

Для поперечных сечений сталежелезобетонных конструкций вообще характерна стадийность работы. Число стадий равно числу частей поперечного сечения, последовательно включаемых в работу. Обычно таких частей две (стальная балка и железобетонная плита), и сечение работает в две стадии.

Экономичные сталежелезобетонные балки должны характеризоваться, возможно, более полным использованием материалов — стальных поясов на растяжение или сжатие и бетона плиты на сжатие. Использование стального верхнего пояса в сжатых зонах часто оказывается неполным по конструктивным соображениям и в связи с необходимостью обеспечения общей устойчивости до включения железобетонной плиты в работу. Бетон в зонах действия наибольших положительных изгибающих моментов получается часто недонапряженным в автодорожных и городских мостах, характеризующихся существенно большим отношением постоянной нагрузки к временной, чем у железнодорожных мостов. В неразрезных и некоторых других пролетных строениях имеются зоны отрицательных моментов, вызывающих растяжение железобетонной плиты. В этих зонах бетон почти не разгружает стальную часть конструкции.

В сталежелезобетонных пролетных строениях относительно широко применяют предварительное напряжение 'и регулирование для экономии стали, достигаемой увеличением полноты использования материалов (и иногда заменой части прокатной стали высокопрочной арматурой), а также для обеспечения трещиностойкости железобетонной плиты в ее растянутых зонах. Способы предварительного напряжения и регулирования разнообразны. Наибольшее распространение имеет принудительный выгиб стальной части балки до объединения с железобетонной плитой (обычно с использованием постоянных или временных опор), а при значительных пролетах в индивидуальных пролетных строениях — натяжение продольной высокопрочной арматуры плиты в зонах отрицательных моментов (в большинстве случаев после объединения стали и железобетона).

Все большее применение получают весьма экономичные бисталежелезобетонные балки, в которых наиболее напряженные участки стальных поясов выполнены из высокопрочной стали, а стенка и менее напряженные участки стальных поясов (преимущественно непосредственно объединяемые со сжатой железобетонной плитой) — из обычной стали.

Чтобы уменьшить строительную высоту, облегчить транспортирование и достичь ряда других преимуществ, высоту главных балок применяют всегда несколько меньшей теоретически выгодной и назначают в зависимости от пролета в пределах.

Высота главных балок может довольно сильно отличаться от высоты, дающей наименьший расход стали при заданной железобетонной плите, при этом расход стали, увеличивается незначительно.

Если конструктивно желательная высота стальной стенки оказывается недостаточной, то приращение высоты сечения сталежелезобетонной балки можно получить, увеличив высоту вута или ребра железобетонной плиты. Вертикальная жесткость редко оказывает определяющее влияние на высоту сталежелезобетонного пролетного строения. Поперечное сечение сталежелезобетонного сплошностенчатого пролетного строения с ездой поверху (рис. 3.1) чаще всего устраивают открытым снизу, применяя одностенчатые двутавровые стальные главные балки (как правило, несимметричного поперечного сечения в зонах положительных изгибающих моментов).

Рис. 3.1. Поперечные сечения сплошностенчатых сталежелезобетонных пролетных строений.

В больших пролетах в поперечном сечении применяют одну или несколько коробчатых главных балок, замкнутых снизу стальной ребристой плитой (рис. 3.1, г, д) либо нижней железобетонной плитой (рис. 3.1, е). Нижние плиты могут применяться только на части длины пролетного строения, на остальной же части длины тогда остаются одностенчатые стальные балки.

Число стенок главных балок в поперечном сечении пролетного строения чаще всего равно двум. Большее число стенок может быть выгодным прежде всего при большой ширине пролетного строения, а также в мостах малых (менее 40 м) пролетов. Оптимальная высота главных балок в многобалочном (многостенчатом) пролетном строении меньше, чем в двухбалочном (двухстенча-том), а при коробчатом поперечном сечении — меньше, чем при открытом поперечном сечении.

Главные балки (или стенки коробчатых балок) соединяют поперечными связями, одна из главных функций которых состоит в обеспечении устойчивости сжатых поясов балок до включения в работу раскрепляющей их железобетонной плиты. Устройства с этой же целью постоянных или временных металлических продольных связей в уровне плиты стараются избежать.

При одностенчатых главных балках устраивают решетчатые нижние продольные связи обычно по всей ширине пролетного строения (между крайними балками), что резко увеличивает сопротивление кручению коробчатого пролетного строения. Иногда главные балки соединяют нижними продольными связями только попарно, а при небольших пролетах пролетное строение вообще может не иметь нижних продольных связей.

Характерны (для езды поверху) три основные схемы проезжей части, в которых железобетонная плита опирается только на главные балки (рис. 3.2,а), на главные и поперечные балки (рис. 3.2, в), на главные и продольные балки (рис. 3.2,6).

Рис. 3.2, Проезжая часть сплошностенчатых сталежелезобетонных пролетных строений

В схеме проезжей части по рис. 3.2, б продольные балки поддерживаются поперечными балками, роль которых могут выполнять соответственно рассчитанные решетчатые поперечные связи между главными балками (совмещение функций поперечных балок и поперечных связей).

Постоянная нагрузка на сталежелезобетонное пролетное строение в значительной степени зависит от толщины железобетонной плиты, в автодорожных и городских мостах чаще всего принимаемой 14—17 см, в железнодорожных мостах — до 25 см. Расстояния между балками, на которые опирается железобетонная плита, назначаются в зависимости от временной нагрузки и толщины плиты в пределах 2—6 м. Большие расстояния могут быть перекрыты ребристой плитой (рис. 3.2, г, д). Для увеличения расстояния между балками без увеличения толщины железобетонной плиты за рубежом часто применяют поперечное предварительное напряжение плиты высокопрочной арматурой.

Сталежелезобетонные сплошностенчатые пролетные строения являются наиболее распространенными конструкциями для автодорожных и городских металлических мостов пролетами примерно до 120 м и для железнодорожных металлических мостов с ездой поверху пролетами 35—70 м.