книги из ГПНТБ / Крыльцов, Е. И. Современные железобетонные мосты [монография]

Рис. 1.21. Поперечные сечения коробчатых сборных пролетных строений пролетом более 60 м:

1 — канал для напрягаемой арматуры; 2 — плитный элемент; 3 — стык омоноличивания

впоперечном сечении пролетного строения при несимметричном загружении, а также значительно сократить, а в отдельных случаях

иполностью отказаться от диафрагм, затрудняющих процесс мон­ тажа конструкций.

При коробчатых поперечных сечениях конструкции нужно учи­ тывать возможности и характер размещения напрягаемой арма­ туры. Наиболее целесообразно размещение арматурных элементов

взоне над ребрами. В то же время увеличение числа рядов напря­

гаемой арматуры по высоте вызывает необходимость увеличения толщины верхней плиты, усложняет, а иногда и исключает возмож­ ность использования напрягаемой арматуры для регулирования усилий в процессе монтажа.

С учетом условий заводского и полигонного изготовления, транспортирования и монтажа сборных конструкций в мостострое­ нии применяют цельные к о р о б ч а т ы е б л о к и (рис. 1.21, a), a также сборные (составные) из отдельных плит (рис. 1.21, б), полу­ чившие распространение при пролетах более 100 м и состоящие из элементов практически одинаковой конфигурации. В то же время среди мостовых конструкций, построенных в последнее десятилетие, наблюдаются значительные колебания по высоте и ширине коробок с консолями, толщине вертикальных стенок и нижних плит. Для существующих большепролетных конструкций наиболее экономич­ ным оказывается шаг между стенками, равный 5—7 м, с толщина­

30

элемента (секции) по длине пролетного строения при этом не пре­ вышает 3 м. В верхней плите конструкции расположены закрытые или открытые каналы для основной напрягаемой арматуры из стальных канатов или мощных арматурных пучков.

Цельные коробчатые блоки, не требующие укрупнительной сборки из плоских элементов (см. рис. 1.21, а), применяют для мос­ тов с пролетом 60—120 м при небольших ширине коробки и массе блока, что соответствует требованиям габаритов для перевозки их по железной и автомобильной дорогам. Вертикальные (или наклон­ ные) стенки коробок предварительного напряжения не имеют. Для наиболее распространенных габаритов проезда автодорожных и городских мостов поперечное сечение пролетного строения обыч­ но компонуется из двух коробок.

С о з д а н и е п р е д в а р и т е л ь н о г о н а п р я ж е н и я в кон­ струкциях пролетных строений обеспечивают различными способа­ ми армирования. Например, применяют специальный блок, на ко­ тором анкеруют напрягаемые элементы из стальных канатов.

Втрехпролетной балочно-консольной схеме с короткими крайними пролетами (рис. 1.22, а) размещают по концам пролетного строения натяжные блоки, которые одновременно служат и противовесами.

Вдругих случаях специальный натяжной узел (рис. 1.22, б) распо­ лагают в надопорном участке пролетного строения над промежу­ точными опорами, достигая более экономичного размещения напря­ гаемой арматуры в соответствии с эпюрой моментов. Расположе­ ние натяжных блоков в одном сечении создает возможность натягивать напрягаемые элементы из одной камеры, а при необхо­ димости и дотягивать их в процессе монтажа.

По другому способу армирования (рис. 1.22, в, г) рассосредоточивают места натяжения напрягаемых элементов по длине пролет­ ного строения. Такое расположение напрягаемых элементов в ви­ де стальных канатов или пучков из высокопрочной проволоки позволяет натягивать их последовательно по мере монтажа сбор­ ных блоков пролетного строения. Напрягаемые элементы имеют изгиб в вертикальной плоскости (см. рис. 1.22, г) и дополнительные массивы в теле блоков для восприятия местных усилий. Дальней­ шим развитием такого способа армирования явилось размещение напрягаемых элементов со значительной кривизной в плане и вы­ водом анкеров на боковые поверхности плиты пролетного строения (рис. 1.22, б), создающим возможность регулирования усилий в процессе монтажа пролетного строения. Недостаток данного спо­ соба — значительный перегиб напрягаемых элементов в непосред­ ственной близости от мест натяжения, вызывающий дополнитель­ ные потери напряжения за счет трения.

При блоках небольшой длины целесообразен стендовый способ изготовления сборных конструкций с натяжением арматурных эле­ ментов на упоры (рис. 1.22, е). В этом случае двутавровые блоки одной плоскости пролетного строения имеют два цельноперевози-

31

Середина пролета

Рис. 1.22. Схемы расположения напрягаемых элементов в плане пролетных строе­ ний с пролетами более 60 м:

32

мых элемента с петлевыми выпусками, стыкуемыми над опорой. После установки элементов-блоков натягивают напрягаемую арма­

ба — повышенный расход стали и наличие стыка в зоне максималь­ ных усилий. Это требует в период строительства особого контроля за правильностью монтажа балок и тщательностью работ по созда­ нию в них предварительного напряжения.

Широкое применение коробчатых конструкций пролетных строе­ ний за рубежом объясняется и рядом других их существенных преимуществ. Например, эффективная работа конструкций на изгиб и кручение обеспечивает возможность расположения короб­ чатых пролетных строений на кривых и косых пересечениях.

Весьма прогрессивна при большей ширине проезжей части кон­ струкция пролетных строений с поперечным сечением в виде мощ­ ных одиночных «осевых» коробчатых балок с широко развитыми поперечными консолями, устанавливаемыми на место после окон­ чания монтажа этих балок. Устройство коробчатых балок с наклон­ ными стенками позволяет развить сечение в поперечном направ­ лении, обеспечивая нужную ширину проезжей части моста при уменьшенном размере нижней плиты пролетного строения. Сокра­ щение размеров нижней плиты создает более компактное опирание пролетных строений на опоры.

Наличие наклонных стенок способствует снижению аэродина­ мического воздействия на пролетные строения, что весьма важно для мостов больших пролетов, например, вантовых.

Кроме того, наклонные стенки придают сооружению более лег­ кий внешний вид, обеспечивают рассеивание дневного света, созда­ вая лучшую освещенность под сооружением.

Представляется перспективным применение коробчатых балок для городских путепроводов и эстакад транспортных пересечений с пропуском подвижных транспортных средств внутри коробки пролетного строения. В этом случае создадутся благоприятные ус­ ловия для внешней наружной среды, предохраняя ее от действия газов и шума проходящих автомобилей, не будет необходимости очищать поверхности проезжей части эстакады от снега и гололеда, однако потребуются мощная вентиляция, акустические противо­ шумные устройства и специальное освещение внутри коробчатых балок такого тоннельного типа.

§4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ИСОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Впроектировании и строительстве железобетонных и особенно сборных мостов необходимо наиболее полно учитывать свойства бетона, стремиться к максимальному снижению в нем напряжений, возникающих в процессе изготовления конструкций. Прочность бе­ тона в период эксплуатации должна быть не ниже проектной, а со­ став однородным по всему сечению.

Увеличение долговечности бетона связано с повышением стой­ кости его к воздействию агрессивных сред и низких температур. Поэтому в состав бетона полезно вводить добавки, снижающие водопотребность смеси, улучшающие удобоукладываемость, пони­ жающие водопроницаемость, а также образующие полимерные продукты, заполняющие поры и капилляры в цементном камне и бетоне. Для повышения морозостойкости бетона обычно применяют воздухововлекающие и газообразующие добавки. Водоцементное отношение ограничивают, считая его величину 0,4—0,45 предель­ ной. Применение портландцементов без минеральных добавок с низким содержанием трехкальциевого алюмината и предельно до­ пустимым содержанием гипса тоже способствует повышению моро­ зостойкости бетона.

Высокопрочный плотный бетон можно получить, обеспечивая хорошие условия удобоукладываемости смеси. Хорошее уплотнение смеси достигается вибрированием, так как в этом случае устраня­ ются возможные нарушения структуры бетона. Эффективен ком­ бинированный способ уплотнения смеси — применение внутренних вибраторов в сочетании с опалубочными и поверхностными. Для относительно небольших и плоских конструкций, например плит, целесообразны вибростолы или виброплощадки с пневмогрузом. Опалубка бетонируемой конструкции должна исключать возмож­ ность трещинообразования в бетоне в период его твердения.

Размеры поперечного сечения элемента, количество и располо­ жение арматуры и закладных деталей не должны препятствовать высококачественной укладке бетонной смеси с заполнителями раз­ мером до 30—40 мм\ недопустимо также наличие мест, способст­ вующих зависанию смеси. Нарушение структуры бетона нередко происходит от уплотнения смеси под действием только собственно­ го веса и трения между свежеуложенным бетоном и арматурным каркасом с опалубкой, возникшего в период извлечения каналообразователей. По условиям удобоукладываемости бетонной смеси плиты толщиной меньше 8 см и ребра шириной меньше 12 см при­ меняют редко.

В тонкостенных конструкциях сборных балочных пролетных строений, монтируемых из двутавровых балок с развитой плитой, иногда появляются трещины в местах примыкания верхней плиты к ребру-стенке и перехода стенки в нижний пояс, а также в зонах небольшой плотности бетона. По данным ФРГ, например, бетон марки 400 на портландском цементе при расходе 350 кг на 1 м3 смеси и водоцементном отношении 0,5 через 3 ч после начала бе­ тонирования дает осадку в 1,5 мм на каждый 1 м вертикального слоя за счет уменьшения в объеме на величину 0,5% цементного вяжущего. Применение жесткой опалубки в сочетании с повторным вибрированием бетона позволяет устранить трещинообразование при изготовлении конструкций.

Температурный режим в процессе изготовления конструкций оказывает существенное влияние на качество бетона. Возникнове­ ние и развитие экзотермии в теле бетона зависит от количества и

34

однако при несоблюдении уста­ новленного режима изготовления возникают дефекты в бетоне кон­

струкции в период эксплуатации особенно при низких темпе­ ратурах.

Общий цикл пропаривания конструкции должен включать пред­ варительную выдержку свежеотформованного изделия при комнат­ ных температурах, а также последующую подачу изделия в каме­ ру с влажным режимом и постепенным подъемом температуры без значительного перепада температуры по высоте камеры. Охлажде­ ние элемента до температуры плюс 20—30° С должно происходить тоже постепенно. Учитывая взаимодействие бетонной смеси со сво­ бодной водой при твердении, рекомендуется выдерживать конст­ рукции в цехе изготовления. После тепловлажностной обработки прочность бетона должна составлять не менее 80% от проектной марки, а в возрасте 28 дней должна соответствовать марочной. Для конструкций северного исполнения к моменту передачи усилий предварительного напряжения прочность бетона должна быть не менее 90% от проектной.

При сооружении одного железнодорожного моста в сечении пролетного строения замеряли перепад температур бетона в естест­ венных условиях (рис. 1.23). В начальной стадии твердения бетона разность температуры не создавала внутренних напряжений в мас­ сиве, но по мере уменьшения пластичности бетона в конструкции возникали существенные остаточные напряжения. Этому способст­ вовала неудачно запроектированная конструкция балок пролетно­ го строения, в которых сосредоточена основная масса бетона при относительно тонких консолях. В консолях возникло растяжение и

появились трещины, выключившие балластное корыто из совмест­ ной работы с остальной частью пролетного строения. В результате фактический характер деформаций пролетного строения стал су­ щественно отличаться от принятого в проекте. Пролетное строение изготовлено при низких температурах наружного воздуха и проч­ ность бетона на 28-й день оказалась равной лишь 300 кгс/см2. Основное ядро сечения к моменту загружения получило укороче­ ние на 1 м равное 7 • 10~5 мм, в то время как консоли — 20 • 10-5 мм, что привело к возникновению остаточных растягивающих напря­ жений величиной 40 кгс/см2.

Если конструкции отдельных элементов поперечного сечения не имеют соизмеримых размеров, то необходимы специальные меры, исключающие появление дефектов в конструкции от температур­ ных воздействий, например, дополнительное армирование консоль­ ных свесов, создание температурных швов и т. д.

Длительные процессы, связанные с пластическими деформация­ ми в бетоне, существенно влияют на напряженное состояние. Дей­ ствия усадки и ползучести аналогичны температурным воздействи­ ям. Натурные наблюдения за рядом построенных мостов подтверж­ дают возникновение пластических деформаций в конструкциях в течение нескольких лет после постройки.

Деформации ползучести бетона проявляются неравномерно в течение года и связаны с напряженным состоянием конструкции и другими факторами.

В течение ряда лет НИИЖТ проводит наблюдения за прогиба­ ми пролетных строений трех мостов (табл. 1.2).

Обнаружено, что в течение первых трех лет эксплуатации моста через р. Вятку прогиб конца консоли двухконсольной балки про-1 летного строения составил 72 мм, а выгиб (вверх) середины про­ лета— 36,5 мм, что привело к искажению профиля проезжей части моста.

Натурные наблюдения за характером пластических деформа­ ций пролетных строений железнодорожного моста в течение семи лет (рис. 1.24) показывают, что эти деформации нарастают нерав­ номерно не только по годам, но и в течение года. Максимальные деформации наблюдались в летний период года, а в зимний зату-

36

хали, что связано с водопоглощением во влажные месяцы осен­ него периода. Кроме того, за пер­ вый год проявилось около 75% величины деформаций, а в тече­ ние третьего и четвертого года эксплуатации моста деформации начали заметно затухать.

Учитывая эти обстоятельства, для конструкции железобетонных мостов нужно применять бетон с определенными деформативными свойствами. А для снижения внутренних напряжений в конст­ рукции, связанных с пластиче­

скими свойствами бетона, надо обеспечивать свободное проявление деформаций при изготовлении и монтаже сборных конструкций и в первые годы эксплуатации учитывать во времени последователь­ ность постройки моста.

Специфической особенностью бетона предварительно напряжен­ ных конструкций нужно считать возможность обеспечения стабиль­ ных свойств, отвечающих надежной защите арматуры от коррозии.

Существенное влияние на снижение долговечности конструкции оказывает появление трещин вдоль арматурных элементов, вызы­ ваемое стесненной усадкой бетона. Наряду с выявлением напря­ женного состояния бетона в момент создания обжатия железобе­ тонных конструкций, имеющих большое насыщение арматурой в крайних зонах поперечного сечения, нужно дифференцированно подходить к назначению величины защитного слоя бетона и обес­ печению его высокой плотности.

Напрягаемая арматура в сравнении с ненапрягаемой в боль­ шей степени подвержена коррозии в связи с высокими напряже­ ниями и относительно небольшим периметром составляющих про­ волок или стержней.

По условиям предотвращения коррозии арматуры и связанного с ней разрушения бетона нельзя применять хлористые соли, осо­ бенно в сборных конструкциях, которые подвергаются термической обработке в процессе изготовления. Скорость разрушения железо­ бетона в результате коррозийных повреждений арматуры и бетона возрастает в 5—10 раз по сравнению с конструкциями, не имевши­ ми добавок хлористых солей. Продукты коррозии вызывают зна­ чительное напряжение в окружающем бетоне. По данным отдельных исследований, величина этих напряжений составляет 280 кгс/см2, что способствует трещинообразованию с последующим выкрашиванием бетона.

37

тов и свойств материалов, заполняющих стык. Установлено, что наиболее полные омоноличивание и совместная работа соединяе­ мых элементов обеспечиваются при шероховатых их поверхностях при обеспечении одновременного сцепления со слоем бетона (рис. 1.25). Для бетона марок 300—400 в этом случае напряжения среза, равные до 30—35 кгс/см2, соответствуют совместной работе элементов конструкции в упругой стадии. В то же время для шеро­ ховатой поверхности без сцепления характерны более высокие деформации, а при сцеплении гладких поверхностей работа б

тивное влияние шероховатой бетонной поверхности стыкуемых эле­ ментов на прочность их соединения. Установлено повышение сопро­ тивления «мокрых» и «сухих» стыковых соединений сдвигающим усилиям с увеличением интенсивности поперечного обжатия. Вы­ явлена целесообразность применения материалов, получаемых на основе полимерных связующих, обеспечивающих необходимую трещиностойкость и долговечность стыкового соединения, соответ­ ствующие основному материалу сборной конструкции. Применени­ ем адгезионных составов на основе эпоксидных смол в виде слоя

1 Ю. Л. М е л ь н и к о в , Л. В. З а х а р о в . Стыки элементов сборных же­ лезобетонных мостовых конструкций. М., «Транспорт», 1971, 152 с.

38

смазки по контакту свежеуложенного и старого бетонов можно по­ лучить сцепление на отрыв и срез, соответствующее монолитной конструкции.

Решающее влияние на прочность и деформативность клеевого соединения обычно оказывают слои бетона, примыкающие к шву. Толщину зазора в стыке назначают с учетом материалов заполне­ ния, а толщину пленки в зазоре сухих клеевых стыков — с учетом состава клея. Толщина стыка на беспесочном цементном растворе

между прочностью материала заполнителя стыка различной тол­ щины и прочностью конструкции. Так, для шва толщиной болеё 200 мм к моменту передачи усилий стык должен иметь ту же проч­ ность, что и бетон сборной конструкции. При обжатии стыка с целью предупреждения возможного появления трещин от колеба­

выпусков арматуры в стыках элементов нужно обеспечивать защи­ ту металла от коррозии. Для более надежного сцепления между бетоном (раствором) омоноличивания и бетоном соединяемых эле­ ментов, кроме устройства выпусков, полезно применять механиче­ скую насечку и очистку соединяемых поверхностей, а также обра­ ботку специальными водными растворами.

Значительное распространение в пролетных строениях автодо­ рожных и городских мостов получили монтажные соединения сборных элементов с предварительным обжатием зоны стыка. На­ тяжение в стыке создают напрягаемой арматурой или специальны­ ми элементами.

Швы в составных по длине конструкциях из предварительно напряженного железобетона могут быть плоскими, вертикальными или горизонтальными, наклонными, зубчатыми и с уступом. Попе­ речные силы, действующие в стыке на всех стадиях его работы, должны восприниматься силами трения между стыкуемыми бло­ ками или сцеплением материала, заполняющего шов между объ­ единяемыми элементами. Зубчатые швы устраивают в том случае, если величина трения или сцепления недостаточна для восприятия поперечных сил.

На всех стадиях работы составных конструкций нельзя допу­ скать растягивающих напряжений в швах, а при клеевых стыках надо дополнительно учитывать постепенность нарастания трения в стыке в процессе отверждения клея.

Способ монтажа сборных конструкций с клеевыми соединения­ ми элементов должен обеспечивать по контакту склеиваемых по­ верхностей создание сжимающих напряжений, равных 1,5—3 кгс/см2. Это требование определено вязкостью клея, распо­ лагаемого в вертикальной плоскости. Толщина шва при склеива­ нии элементов может колебаться от 0,2 до 3—4 мм. Статистической

39