2330

Рис.1. Рентгенограмма цементно-песчаного покрытия стены

Рис.2. Рентгенограмма высолов

Карбонатно-кальциевые - состоят преимущественно из карбоната кальция, образующегося при выносе на поверхность отвердевшего раствора гидроксида кальция и его карбонизации углекислым газом воздуха. Данный тип высолов в воде практически нерастворимы.

Сульфатно-натриевые - образуются при выносе на поверхность сульфата натрия и кристаллизации в виде кристаллогидрата сульфата натрия Na2 SO4. Этот тип высолов плохо растворяются в холодной воде и хорошо - в горячей.

Приведенный перечень высолов сделан в зависимости от преобладающего вида соли, содержащейся в них. В действительности состав высолов более многокомпонентен, на что указывают данные по химическому составу. В них имеются также соли кальция, соединения серы, железа, калия, образующие дополнительные труднорастворимые выцветы.

В свою очередь, выполненный анализ позволяет раскрыть возможную причину образования в массовом порядке на данном объекте высолов.

Чтобы высолы появились на поверхности бе-

тона, Ca(OH)2 должен мигрировать из объема

цементного камня на эту поверхность. Для этого необходимы пути миграции – капилляры и силы, побуждающие к миграции – разность концентрации

Ca(OH)2 в жидкой фазе на поверхности и в объе-

ме материала, и, наконец, нужна эта жидкая фаза. Свежеуложенный бетон пронизан системой капиллярных пор, заполненных водным раствором

продуктов гидратации цемента, главным образом гидроксида кальция. В обычном случае по мере твердения в устьях пор гидроксид вступает в реак-

цию с диоксидом углерода (CO2 ) окружающего

пространства. Из-за этого концентрация гидроксида кальция в устье поры становится ниже, чем в ее объеме. Это вызывает постоянный массоперенос гидроксида из объема на поверхность материала. Постепенно капилляры заполняются гидроксидом кальция, и процесс замедляется, а затем и совсем останавливается. Когда поверхность бетона или хотя бы какой-либо ее участок покрыт пленкой воды, гидроксид кальция может распространиться по всей поверхности, а затем после взаимодействия с

CO2 в водной среде образуется налет карбоната

кальция, нерастворимый в воде. В этом случае может появится первичное высолообразование раствора, бетона. Нерастворимость карбоната кальция предопределяет «самотороможение» химического процесса. Время, в течение которого возможно проявление первичного высолообразования, можно определить путем простого испытания, налив немного воды на поверхность твердеющего раствора, бетона. Если раствор, бетон склонен к высолообразованию, то вскоре можно увидеть белый налет карбоната кальция по краям высыхающей лужицы. Если такое испытание провести позже чем через восемь часов твердения бетона на воздухе, то налета не образуется, так как к этому времени устья пор уже закупорены карбонатом кальция. Подтверждением этой гипотезы служит тест на бетоне, твердеющем в атмосфере азота. Отсутствие белого налета в таком случае – результат, подтверждающий карбонатную природу явления и указывающий на связь скорости высолообразования с содержанием диоксида углерода в воздухе.

Кроме алита и белита источником гидроксидов являются – оксиды кальция и магния, содержание которых в портландцементном клинкере не должно превышать соответственно 1% и 5% и которые переходя в гидроксиды после взаимодействия с водой могут также участвовать в образовании высолов.

2.Другой причиной образования высолов являются специально вводимые в бетонную или растворную смесь добавки, например, противоморозные соли, содержание которых в зависимости от отрицательной температуры окружающей среды может доходить до 15 % от массы цемента.

3.Источниками высолов могут быть также растворимые соли, поступающие с грунтовыми водами или из материалов, примыкающих к отделке или тротуарным плиткам.

4.Наличие растворимых веществ в исходных материалах также является причиной появления высолов. В пластах горных пород, используемых при изготовлении заполнителей, могут залегать линзы солей, которые в процессе эксплуатации вымываются водой, образуя белый налет. Некоторые глины, используемые для изготовления стеновых керамических материалов содержат водорастворимые сульфаты, которые после обжига остаются в стеновом материале без изменения.

слоем шпатлевки и лакокрасочного покрытия в течение нескольких лет (порядка 10) происходила кристаллизация водорастворимых солей из штукатурного и кладочного раствора и солей грунтовых вод. Толщина солевого слоя составила 5…7мм. Возникшее кристаллизационное давление разрушило штукатурный отделочный слой и привело к отслоению слоя шпатлевки с нанесенным на нее лакокрасочным покрытием (см.п.1 и п.3).

Рис. 7. Высолы в трещинах и на поверхности коричневого лакокрасочного покрытия

по ул. Тарская 13 Б

Рис. 8. Высолы в размороженном участке стены по ул. Спартаковская 7

На рисунке 10 показан один из существенных недостатков цементно-песчаной тротуарной плитки

– высолы на их поверхности. Наибольший вклад в высолообразование на поверхности тротуарной плитки вносят: высокое содержание растворимых солей в исходных и синтезированных материалах и нарушение технологии. В образовании высолов в данном случае участвуют грунтовые воды и вода осадков. На поверхности тротуарной плитки образуются карбонатно-натриевые, сульфатнонатриевые высолы, которые растворимы в воде и в процессе эксплуатации исчезают, но остаются практически нерастворимые карбонатнокальциевые соединения. Наблюдения показали, что высолы тротуарных плиток могут появляться в

течение года после изготовления изделий. Затем налет постепенно смывается и примерно через год плитки самоочищаются и восстанавливают свой первоначальный цвет. Размывание налета объясняется медленным превращением карбоната в бикарбонат, который растворяется в воде. Сроки восстановления цвета плиток зависят от климата в данной местности. При засушливом климате вторичное высолообразование сохраняется дольше. Однако, затяжные дожди, постоянно смывающие гидроксид кальция с поверхности, лишь затягивают процесс высолообразования. Повторное проявление вторичного высолообразования после естественного исчезновения налета случается крайне редко (см.п.п.1,3).

Рис. 9. Образование солевых отложений в штукатурном слое внутренней отделки

по ул. Красногвардейской 47

Рис. 10. Образование высолов на поверхности тротуарных плиток из цементно-песчаного раствора

Пути предупреждения образования высолов

Существует множество современных добавок для ликвидации высолов на цементных растворах и бетонах, но это борьба с последствиями. Следует работать на предупреждение образования высолов, заложенных в исходных сырьевых материалах, технологии и условиях эксплуатации рассматриваемых материалов.

Можно выделить три пути предупреждения образования высолов.

Первый – это использование в технологии материалов, не способствующих образованию высолов. Например, вместо портландцемента применять шлакопортландцементы, пуццолановые це-

менты и.т.п. Пигменты, применяемые в технологии декоративных растворов и бетонов не должны содержать легко растворимых солей, способных образовать высолы и пятна.

Второй путь – «связать» в водонерастворимые соединения главных виновников высолообразования при использовании портландцементов это гидроксиды кальция и магния. Наибольшее предпочтение здесь следует отдать активному микрокремнезему, который переводит гидроксиды в нерастворимые гидросиликаты по следующей схеме :

m Ca(OH)2 SiO2акт nH2O

(0,8...1,5)CaO SiO2 pH2O.

Однако, введение добавок в количествах, достаточных для связывания всего гидроксида кальция понизит скорость твердения бетона и скажется на его стоимости. При оценке эффективности этого пути следует учитывать, что высолы явление поверхностное, поэтому подавляющая доля гидроксида кальция не принимает участия в рассматриваемом процессе, т.е. остается «запертой» в растворе или бетоне.

Для предупреждения образования высолов на керамических материалах в состав шихты дополнительно вводится карбонат бария, который переводит растворимые соединения типа сульфата натрия, кальция в нерастворимый сульфат бария. Другой активной добавкой, устраняющей высолы, является аморфный кремнезем, который в условиях высоких температур образует силикат кальция или магния с выделением диоксида серы.

Третий путь рассматривает возможность вообще «не выпускать» гидроксиды на поверхность, т.е. полностью «запереть» внутри рассматриваемого материала.

Необходимым условием образования высолов является наличие капилляров, по которым жидкая фаза цементного камня с растворенным в ней гидроксидом выносится на поверхность изделия. Возможных причин образования капиллярных пор

(макропоры размером более 10 6 м) в затвердевшей цементно-песчаной смеси (растворной части бетона) по крайней мере две: неправильно выбранное соотношение «песок – цементное тесто» и состав самого цементного теста. Чтобы в затвердевшем бетоне не образовывалась система сообщающихся макропор, по которым может мигрировать жидкая фаза, необходимо обеспечивать достаточное количество цементного теста по отношению к песку. Это известная задача в технологии бетона, для успешного решения который необходимо применять пески с оптимальным зерновым составом и с невысокой удельной поверхностью.

Капиллярные поры (макропоры) в самом цементном камне - неизбежная плата за избыточное несвязанное цементном содержание воды.

Относительный объем макропор П, образуемых несвязанной водой затворения, можно вычислять следующим образом.

Цемент связывает % воды химически и примерно столько же адсорбционно в микропорах геля. Таким образом, количество всей воды, связанной цементом, равно 2 , а относительный объем макропор, образованных несвязанной водой, вычисляют по формуле:

П B 2 Ц 100%, 1000

где В и Ц расходы воды и цемента в кг на 1

3

м бетона.

Из последней формулы видно, что наименьший объем макропор получают в том случае, когда числитель дроби будет близок к нулю, т.е. если

В/ Ц 2 0.

Ктакому идеальному строению бетона можно приблизится, добиваясь возможно полной гидратрации цемента и ограничивая величину водоцементного отношения для тратуарных цементнопесчаных плиток пределом 0,3…0,35, что практически достижимо при использовании вяжущего низкой водопотребности (ВНВ) на базе портландцемента с активным микрокремнеземом и соответственно при надлежащем качестве песка и интенсивном уплотнении. Тонкодисперсный микрокремнезем выступает в данном случае и как наполнитель, способствующий повышению плотности композита

икак компонент, не содержащий щелочей, приводящих к осветлению оксидов пигментов цветных растворов и бетонов.

Вместе с этим хороший уход за раствором, бетоном, увеличение продолжительности нормального твердения способствует усвоению воды цементом и значительному сокращению макропористости.

Для уменьшения водопроницаемости в раствор при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизирующие добавки.

Условия твердения тротуарных цементнопесчаных плит также влияют на появление высолов. Главнейшие факторы в этом случае диоксид углерода воздуха и возможность конденсации влаги на поверхности изделий. Влияние влаги на поверхности твердеющих изделий уже было рассмотрено. В случае если поверхность изделий сухая, а в воздухе есть достаточное количество диоксида углерода, происходит карбонизация поверхностного слоя изделий. При этом гидроксид кальция, растворенный в жидкости, заполняющий поры, переходит в нерастворимый карбонат кальция. Все это происходит не в устьях пор, а внутри капилляров. Карбонат кальция кальматирует поры, повышая водонепроницаемость раствора, но не изменяя его цвета. Для интенсификации этого процесса можно использовать принудительную подачу диоксида углерода в камеры твердения. Источником воздуха, обогащенного диоксидом углерода могут быть отходящие газы из котельной. В подаваемую смесь целесообразно вводить водяной пар.

Для предупреждения высолообразования на поверхности цементных изделий наносится защитная пропитка. Возможны два варианта пропитки поверхности растворных и бетонных изделий: силиконовыми составами или бесцветными водоразбавляемыми акриловыми дисперсиями. Пропитка силиконами оказалась не очень эффективной в отношении предотвращения высолообразования. Предотвращая попадание жидкой воды внутрь бетона, силикон практически не влияет на поступление в поры раствора и бетона водяного пара, который может там конденсироваться.

Покрытие раствора и бетона акриловыми дисперсиями создает на его поверхности прозрачную пленку, которая закрывает поры бетона и предотвращает выделение карбоната кальция на поверхности. Малая толщина покрытия ограничивает срок его службы 1…2 годами. Но этого вполне достаточно, так как белый налет обычно образуется в первые два года. Интересно отметить, что благодаря газопроницаемости пленки, поверхностный слой раствора и бетона под ней карбонизируется по описанной ранее схеме. Это служит гарантией от последующих высолов.

Пропитка же фасадных отделочных композитов силиконовыми а также силоксановыми составами весьма эффективна поскольку стена должна «выдыхать» влагу через отделочный слой в виде пара в окружающую среду и в тоже время отделка должна предотвращать попадание воды внутрь и в первую очередь при действии косых дождей. С данной задачей вполне успешно справляются современные так называемые «вентилируемые фасады».

Выводы

1.Высолы являются одним из распространенных дефектов (недостатком) строительных объектов г. Омска. Высолы не только портят внешний вид изделий, но могут привести их к разрушению.

2.Основной причиной образования высолов является вынос на поверхность раствора и бетона гидроксидов кальция, магния и других щелочных соединений, а также водорастворимых солей.

3.Для предупреждения образования высолов на поверхности раствора и бетона есть три пути. Первый – не использовать при изготовлении раствора и бетона материалы, склонные к образованию высолов. Второй – «связать» в нерастворимые соединения все компоненты, образующие высолы. Третий – «не пускать» на поверхность водорастворимые соединения, образующие высолы.

Эти проблемы решаются путем введения в составы раствора и бетона специальных добавок, изменением структуры, применением гидрофобных покрытий, соотвествующей корректировкой технологии и условий эксплуатации изделий.

4. Для получения высолостойких и более долговечных тротуарных плиток рекомендуется изготовлять их из раствора с использованием вяжущего низкой водопотребности с добавлением микрокремнезема, на качественном песке с водоцементным отношением порядка 0,3…0, 35 и интенсивного уплотнения.

Библиографический список

1.Хигерович М.И. и др. Строительные материалы. Учебное издание. – М.: Издательство литературы по строительству. 1970 – 367 с.

2.Михайловский В.П., Бузоверов О.С. Отделочные материалы и технология их производства. Учебное пособие. – Омск. Издательство СибАДИ. 2003. – ч.1

– 106с.

3.Микульский В.Г, и др. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). Учебное издание. – М.:Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007.- 520 с.

EFFLORESCENCE OF BUILDINGS

V.P.Mihaylovskiy, V.S, Prokopetch

There were found out the basic reasons promote the formation of Color supplies on walls of buildings and paving slabs. Conducted field observations with photographic images of various types of color supplies, with the establishment of their causes. It Is Organized rengenofazovei analiz formed color supplies.

Proposition about warning of color supplies was given.

Михайловский Владимир Петрович – д-р техн.наук, профессор кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований – монолитность слоистых систем типа отделочный слой – основание. Имеет более 130

опубликованных работ. E-mail: mihvp1940@mail.ru

Прокопец Валерий Сергеевич – Советник РААСН д-р,техн.наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований – получение и применение в строительных материалах веществ с наноструктурными свойствами механоактивационного способа получения. Имеет более 170 опубликованных работ.

E-mail:prokopets_vs@mail.ru

Введение

История развития «дорожного дела» в России от Указов Сената (18 века) до настоящего времени демонстрирует постепенное изменение «дорожных одежд» от деревянных, булыжных и щебеночных до цементобетонных и асфальтобетонных слоистых дорожных конструкций на автомагистралях и дорогах. Совершенствование дорожных конструкций шло по пути их расчетов по статическим теориям прочности, закладываемых в отраслевые нормативы. Последние обычно в России менялись через 10÷15 лет, сохраняя «статическую» идеологию. В последние десятилетия интерес практики и науки проявился к работе автомагистралей, скоростных дорог, где динамические явления проявляются в наибольшей степени.

Основная часть

Рассмотрим закономерности, определяющие колебания и скорости колебаний поверхности упругого полупространства, а также напряжения в нем, как наиболее простой модели дорожной конструкции. При этом будем считать действие кратковременной нагрузки переменным во времени по закону синусоиды, а полупространство характеризовать следующими параметрами: модулем упругости

среды E0 , плотностью среды 0 , кг/м3; скоростью распространения продольных волн

зующим затухание напряжений в среде 0 , см-1; g = 9,81 м/с2.

Контактные напряжения от приложения внешней нагрузки к поверхности полупространства по круговой площадке характеризуются во времени

где p – колесная нагрузка, распределенная по площадке диаметром D; T0 – время приложения нагрузки, равное DV (здесь V – скорость дви-

жения нагрузки; D– диаметр площади распределения нагрузки); t– текущее время. Подробно алгоритм решения приведен в [1].

деформирования упругого полупространства при воздействии подвижной нагрузки

Анализ проведен на основе расчетов по программе «Slag», созданной в СибАДИ. Параметры динамического деформирования полупространст-

ва: динамический прогиб – U , скорость прогиба –

U , ускорение прогиба – U , частота колебаний –, среднее напряжение сжатия – и глубина их

распространения z определены для полупространства с модулем упругости Е=100, 400, 1000

МПа, плотности =2,5 г/см3 и параметра затуха-

ния напряжений в нем 0 =0,01 см-1. Вертикальная

нагрузка P 50кН перемещалась горизонтально со скоростью 20÷180 км/ч.

Из результатов расчетов следует, что: Динамические прогибы поверхности полупро-

странства закономерно убывают с возрастанием скорости движения нагрузки в диапазоне 20÷180 км/ч.

Скорость вертикальных колебаний, ускорения колебаний и частота закономерно возрастают с ростом скорости в диапазоне 20÷180 км/ч.

Убывание динамического прогиба связано с увеличением напряжений сжатия упругого полупространства почти в два раза и одновремен-

ным уменьшением длины зоны сжатия z с 700 см до 30 см, то есть почти в 23 раза.

С увеличением скорости горизонтального движения нагрузки от 40 км/ч до 100 км/ч и выше по всем направлениям от центра нагрузки формируется волновое поле (рисунок 1).

Рис. 1. Преобразование вертикальных прогибов упругого полупространства в виброколебания при воздействии вертикальной 2х-осной колесной нагрузки с увеличением скорости её горизонтального движения (модуль упругости Е=1000 МПа; плотность =2,5 г/см3;

коэффициент затухания 0 =0,01 см-1).

Параметры волнового поля: размер – L, длина

мерно убывает с 10 до 1 с ростом скорости движе-

ния нагрузки V , в том числе и относительной –

(рисунок 1).

Это свидетельствует о превращении разнородного волнообразования в однородное с равными амплитудами колебаний u, то есть в виброко-

лебания уже при скоростях движения нагрузки более 80 км/ч.

В колебательных системах наиболее содержательной является амплитудно-частотная характери-

стика объекта АЧХ . Применительно к упругому полупространству, в котором при воздействии силы

P возникает динамический прогиб U , а скорость перемещения силы V вызывает частоту верти-

кальных колебаний : АЧХ U . Амплитудно-

частотная характеристика полупространства всегда стремится к минимуму с ростом скорости движения, так как U min , а max .

В результате численного исследования получе-

ны зависимости динамического прогиба U , часто-

ты колебаний и амплитудно-частотных характе-

ристик АЧХ упругого полупространства в диапа-

зоне изменений его модуля упругости от 100 до 2000 МПа (рисунок 2). Вместе с этим известны динамические общие модули упругости конструкций проезжей части дорог и автомагистралей, обеспечивающей их работу без разрушений [1]. Для дорог I и II категорий и покрытий из цементобетона модули упругости составляют соответственно 1720 и 870 МПа, а покрытий из асфальтового бетона соответственно 625 и

350 МПа. Поэтому предельные значения АЧХ

дорожных конструкций с цементобетонным покрытием автомагистралей в диапазоне скоростей транспортного потока 80÷100 км/ч

40 55 10 4 мм∙с, а с асфальтобетонным покры-

тием 60 75 10 4 мм∙с (при нагрузке 50 кН на колесо).

Рассмотрим теперь тяжесть воздействия на полупространство транспортных средств с массой и нагрузкой на ось (колесо), отличной от расчетной. Число автомобилей, эквивалентных по воздействию проезду расчетного автомобиля, вычисляется как отношение амплитудно-частотных характеристик:

Здесь АЧХi Ui i – амплитудно-частотная

характеристика полупространства от проезда i-го транспортного средства;

характеристика полупространства от проезда расчетного автомобиля с нагрузкой на ось 100 кН (50 кН на колесо);

Ui , U100 , i , 100 – динамические прогибы

полупространства и частота колебаний i-го автомобиля и расчетного.

Параметры современных транспортных средств в РФ таковы, что массы транспортных средств (т) от легкового автомобиля до 7ми осного грузового колеблются от 1,5 до 58 т, нагрузки на ось от 20 до 153 кН, нагрузки на колесо от 4 до 50 кН, а число осей от 2 до 7 (рисунок 3). Установлена

линейная корреляционная связь АЧХi 4,66 т

для указанного интервала масс транспортных средств.

Для упругого полупространства с модулем упругости Е=400 МПа (модуль упругости проезжей части дорог I, II категорий) проезд любого i-го автомобиля с массами, отличающимися от расчетной (АК-100, 20 т) приведен на рисунке 3. Там же пока-

зано число автомобилей n100 , заменяющих проезд

одного расчетного автомобиля и коэффициенты приведения. Отличия в исчислении числа расчетных автомобилей АК-100 по настоящей методике и действующему нормативу ОДН 218.046-01 достигают от 17 до 62 % в сторону недоучета динамического характера загружения дорог, что создает предпосылки для занижения требуемой прочности дорог.

Вывод

Рассмотрение аналитической модели воздействия на упругое полупространство подвижных вертикальных нагрузок, распределенных в пределах круга и ее численная реализация позволяет учитывать упругое волнообразование в расчетах дорожных конструкций автомагистралей на устойчивость и выносливость.

Библиографический список

1.Смирнов А.В., Александров А.С. Механика дорожных конструкций. Изд-во СибАДИ, Омск, 2009, с. 211.

2.ОДН 218.046.01 Проектирование нежестких дорожных одежд.

DYNAMIC EFFECTS OF WAVE FIELD IN MOVING LOADS ON THE SURFACE OF ARTERIES

A.V. Smirnov

Consider new models of loading of an elastic half moving loads. Numerical results, which explains the nature and conditions of the wave fields, as well as a tool for calculating the highways of strength: the amplitude-frequency response and a way to bring raznomassovyh vehicles to the calculated.

Смирнов Александр Владимирович - д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Строительство и эксплуатация дорог» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, основное направление научных исследований - динамика сплошных и слоистых сред, Опубликовано более

200 научных работ. E-mail: smirnov_av@sibadi.org

Введение

Вразрезных пролетных строениях автодорожных мостов, которые возводят без регулирования усилий, прочность бетона плит обычно используется не полностью. Это связано с большими площадями сечений плит, а также с учетом совместной работы стальных балок и железобетонной плиты только на стадии загружения пролетного строения автомобильной нагрузкой.

При сборной конструкции проезжей части проектирование пролетного строения может быть выполнено с учетом сборки стальной части на сплошных подмостях с последующей укладкой и омоноличиванием плит, включением в работу сталежелезобетонной конструкции на действие постоянных нагрузок и установкой в пролет без изменения статической схемы. Этот прием позволит повысить эффективность известных типовых решений

[1].

Вслучае монолитной конструкции плиты проезжей части при использовании вышеперечисленных способов установки готового пролетного строения на опоры возможно запроектировать конструкцию с оптимальными поперечными сечениями, в которой железобетонный элемент работает только на сжимающие воздействия, а стальная конструкция – на растягивающие [2]. При этом объединение конструкции в единое сталежелезобетонное строение необходимо производить в зоне нейтральной оси.

Постановка задачи и метод решения Проектирование предложенной конструкции

может быть выполнено с учетом требований, изложенных в [2,3] для расчета стальных конструкций, объединенных с железобетонной плитой, исходя из гипотезы плоских сечений. Закон распределения нормальных напряжений прямолинейный. Максимальные растягивающие напряжения в нижней фибре стального сечения соответствуют расчетно-

му сопротивлению стали Rис , максимальные сжи-

мающие напряжения в верхней фибре бетонного сечения, приведенного к стали, соответствует рас-

четному сопротивлению бетона на сжатие Rиб .

Расчет на прочность объединенного сечения при действии положительного момента может быть выполнен в соответствии со схемой напряженного состояния конструкции (рис.1). Задача состоит в

отыскании параметров: Н – высота сталежелезо-

бетонной балки, Fгл - площади нижнего горизон-

тального листа, гл - толщины горизонтального

листа.

В зависимости от марки стали и класса бетона возможно установить соотношение (см. рис.1) между высотой железобетонного элемента и высотой всего сечения, между высотой стального элемента и высотой всего сечения:

Рассматривая условия равновесия напряжений в сечении (рис.1) в виде Х 0, М 0, получим

систему двух известных выражений:

где Sб,Scт - статические моменты железобе-

тонной и стальной части объединенного сечения сталежелезобетонной балки относительно ней-

тральной оси, уст - расстояние до наиболее уда-

ленного волокна, Iстб - момент инерции объеди-

ненного сечения, n1- коэффициент приведения

геометрических характеристик железобетонного и стального элементов сечения, М - изгибающий момент в сечении.

Приведенные выражения при установленном соответствии высот сжатой и растянутой зон и в зависимости от расчетных сопротивлений материалов могут быть преобразованы в систему двух квадратных уравнений относительно высоты Н сталежелезобетонного сечения

Н 2 А Н В 0;

в которой коэффициенты при неизвестных представлены в виде следующих выражений:

Коэффициенты при неизвестных Н в выражениях (5,6) содержат основные параметры сталежелезобетонного сечения (толщины железобетонной плиты, вертикального и горизонтального листов стального сечения, величину расчетного изгибающего момента), что позволяет при заданных значениях указанных параметров аналитически получать оптимальную высоту сечения.

Система уравнений (4) может быть приведена к алгебраическому уравнению третьей степени относительно площади сечения стального растянутого пояса (7).

где коэффициенты при неизвестной Fгл явля-

ются функциями исходных параметров. Проектирование оптимальной сталежелезобе-

тонной конструкции балки обусловлено размерами поперечного сечения железобетонной плиты проезжей части, полученными из условий работы ее на изгиб поперек моста и конструктивными требованиями. Известно, например, что СНиП 2.03.05-84* ограничивает минимальную толщину железобетонных плит 15 см, хотя удовлетворяющие требованиям прочности и жесткости значения могут быть меньшими. В результате площадь поперечного

сечения железобетонной плиты Fп и высота пли-

ты hn получают из расчета на локальный изгиб и

назначают не менее 15 см. Значения толщин железобетонного ребра, стальных стенки и горизон-

тального листа р , ст , гл могут быть заданы в

соответствии с конструктивными требованиями [3]. В качестве примера приводим результаты расчета по данным для типового сталежелезобетонного пролетного строения lр=42,0м проектировки Ленгипротрансмоста 1968 г. для сечения в середине

пролета (М =2129 тм, Rис =2800кг/см2, п1 =6,

р 20см, ст 10мм, гл 32мм Fп =6248см2,

hn =15,5см2, Согласно (2) соотношения между вы-

сотами железобетонного элемента и стального элемента к высоте всего сечения k=0,3, k´=0,7. В

результате решения системы (4) Н=196,0см, при этом yб 58,8см , а yст 137,2см . В резуль-

тате решения уравнения (7) получили Fгл =366см2

с размерами поперечного сечения 1140×32мм. Как показали проверочные расчеты, изменение

толщины горизонтального листа в пределах рекомендуемых нормами 20...40 мм не вносит измене-

ний в конечные величины Fгл и Н .

Найденные таким образом оптимальные параметры наиболее нагруженного сечения (высота