3. Прочностные расчеты поврежденных балок пролетного строения в детерминированной постановке

Для выполнения прочностных расчетов поврежденной балки рассматривались два характерных сечения в середине пролета и в месте ближайшего к опоре расположения вершины сквозной магистральной трещины. Для определения максимальных усилий в этих сечениях использовалась учитывающая расположение сквозных трещин пластинчатая конечно-элементная расчетная схема балки, для которой временные нагрузки устанавливались в наиболее опасное положение. Для среднего сечения крайней балки Б1 определялись максимальные изгибающие моменты, для расположенного вблизи вершины сквозной трещины сечения балки – максимальные поперечные силы. Учет перераспределения усилий при выполнении пространственных расчетов осуществлялся путем корректировки жесткостных характеристик поврежденных участков.

Для среднего сечения поврежденной железобетонной балки, где пучковая арматура размещена в вутовой части (рис. 4) принимался бетон балок класса В40 по прочности с параметрами: R_b = 20,0 МПа, R_bt = 1,25 МПа, E = 36000 МПа. Напрягаемая арматура ребер балок пучковая из 24-х высокопрочных проволок Ø5 мм класса B-II с параметрами: R_p = 1055 МПа, E=190000 МПа. Балки в средних сечениях армированы 12 горизонтальными пучками.

Рис. 4. Расположение предварительно напряженной арматуры в вутовой части балки

Предельное значение изгибающего момента, вычисленное по нормативным положениям при расчете прочности при изгибе, оказалось равным проектной величине для этой балки: так как влияние сквозной трещины не является значимым при сохранении верхней и нижней вутовой частей балки.

Сравнивая с вычисленным также максимальным изгибающим моментом в поврежденной балке , можно сделать вывод об имеющихся резервах прочности этого сечения, непосредственно подвергшегося ударному воздействию

При выполнении прочностного расчета для приопорного сечения балки введем допущение о предельном состоянии поврежденной стенки по наклонному сечению, для которого несущая способность равна

, (1)

где суммы проекций усилий всей пересекаемой ненапрягаемой арматуры при длине проекции сечения, с; расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры с учетом коэффициента ; поперечное усилие, передаваемое в расчёте на бетон сжатой зоны над концом наклонного сечения.

Для дефектной крайней балки в предельном состоянии имеющиеся сквозные горизонтальные трещины в ребре получат значительное развитие и фактически по горизонтали разделят балку на две части: верхнюю и нижнюю.

Армирование стенки крайней балки рассматриваемого пролетного строения представлено в виде двух арматурных сеток, расположенных вблизи наружных поверхностей (рис. 5). Для крайней дефектной балки в предельном состоянии наибольшие скалывающие напряжения достигнут предельной величины , поэтому коэффициент условий работы принят равным

. (2)

Кроме того, для дефектной крайней балки с учётом характера расположения сквозных трещин в ребре в предельном состоянии уменьшится рабочая высота сечения, по нашим оценкам, до 45 см.

Рис. 5. Армирование стенки крайней балки вблизи опорного сечения

В расчетах в соответствии с описанной методикой и следующими параметрами армирования стенки:

• расстояние от узла опирания до конца наклонного сечения c=1,37 м;

• ненапрягаемые вертикальные хомуты 2 Ø12 A-II;

• площадь поперечного сечения хомута A_sw=2,26 см²;

• число хомутов, пересекаемых наклонным сечением n=11;

• шаг хомутов 10 см,

получено, что действующая от проектной нагрузки А11 максимальная поперечная сила Q_max= 120 кН превышает предельную величину Q_пред= 80 кН, которая может восприниматься поврежденной стенкой балки. Поэтому для продолжения безопасной эксплуатации путепровода необходимо либо ограничить временные нагрузки, или выполнить усиление поврежденной балки.