книги из ГПНТБ / Мельников Ю.Л. Стыки сборных железобетонных пролетных строений мостов

Глава II

КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА стыков

Среди различных видов стыков, которые были исследо­ ваны в лабораторных условиях и в ряде случаев проверены на практике, в сборных железобетонных пролетных строени­

предложенные в настоящее время конструкции и поэтому не может считаться исчерпывающей, тем более в будущем,

поскольку в результате исследований, проектных разработок и практики строительства будут созданы новые, более

совершенные конструкции стыков.

А. СТЫКИ ЭЛЕМЕНТОВ БЕЗ ВЫПУСКОВ РАБОЧЕЙ АРМАТУРЫ

1. Стыки с продольным обжатием элементов предварительно напряженной арматурой

Стыки с продольным обжатием элементов предварительно

напряженной арматурой (рис. 2 и 3) получили широкое рас­ пространение для соединения блоков растянутых или изгиба­

емых элементов в составных по длине пролета (поперечно чле­

ненных) конструкциях из предварительно напряженного же­

лезобетона.

Стыкование заключается в объединении отдельных блоков

составной по длине конструкции посредством напрягаемой ар­

матуры, пропускаемой сквозь продольные открытые или за­

крытые каналы блоков.

Стыковой шов обжимается натяжением арматуры. Зазоры между соприкасающимися поверхностями соединяемых блоков

могут быть заполнены бетоном, цементным раствором, упруги­

ми прокладками или оставаться без заполнения.

После обжатия стыка каналы с пропущенной через них

арматурой инъектируются цементным раствором.

Такие стыки встречаются в мостостроении, а также в про-

11

мышленном и гражданском строительстве. Конструктивная

простота этих стыков позволяет применять их в конструкциях разнообразных статических схем при любой форме поперечно­

го сечения соединяемых элементов. Длина стыкуемых этим

способом блоков не ограничена и в каждом случае определя­

ется технико-экономическими показателями изготовления,

транспортировки и монтажа конструкции.

Для стыкования конструкций с продольным обжатием пред­ варительно напряженной арматурой необходимо очень точно

выдержать размеры между каналами блоков (точность повы­

шается с увеличением их числа) при их изготовлении и обес­ печить хорошее качество поперечного шва.

Исследования этих стыков проведены в СССР и за рубежом.

Так, ЦНИИСом разработана технология устройства толстых «мокрых» швов, в том числе швов, в которых учитывается их

работа на растяжение вследствие применения коротких вы­

пусков стержневой ненапряженной («нерабочей») арматуры.

На основе исследовании таких стыков, проведенных со­

разования канала в месте шва) в виде отрезков резинового,

шланга с жестким сердечником или гибких резиновых шлан­ гов на всю длину конструкции.

Проведены испытания составных балок на перерезываю­ щую силу со швами толщиной 4—5 см, заполненными цемент­

но-песчаным раствором, и толщиной 6—8 см, заполненными бетоном на мелком щебне [22].

В СоюздорНИИ проведены исследования стыков при стро­ ительстве на Московской кольцевой автодороге опытного путе­

провода с опорами в виде Т-образной рамы и составными ри­

гелями из предварительно напряженного железобетона. Для

заполнения зазоров между блоками применялось цементное тесто с добавкой хлористого кальция для ускорения твер­

дения.

Технология осуществления тонких «мокрых» швов с при­ менением цементного теста достаточно полно разработана в

НИИ-200 по опыту монтажа составных конструкций перекры­

тий гражданских и промышленных зданий во многих районах

страны.

12

В УкрдортрансНИИ Министерства., автомобильных и шос-

сейных дорог УССР исследована работа «сухих» стыков без

заполнения зазора между стыкуемыми элементами [26]. Плот­ ность швов в этих стыках обеспечивается специальной техно­

логией их устройства, при которой предыдущий блок при из­

готовлении служит опалубкой последующего бетонируемого

блока.

Рис. 2. Схема объединения балки стыками с продольным обжатием рабочей арматурой:

а—фасад; поперечный разрез: б—блоков с откры­ тыми каналами; в—блока с закрытыми каналами;

І—стыки; 2—рабочая арматура

Толщину швов в стыках в каждом случае следует назначать,

с учетом конструктивных и технологических особенностей со­

оружения, а также условий прочности.

При устройстве тонких швов (толщиной до 12 мм) зазор

следует заполнять жидким цементным тестом с применением

ускорителей твердения. Натяжение арматуры можно произво­

дить на второй-третий день после заполнения. При тонких

швах сборные блоки необходимо изготовлять в жестких фор­ мах с минимальными допусками в размерах. Толстые швы

(толщиной более 12 мм) рекомендуется заполнять с вибриро­

ванием, применяя бетон на мелком заполнителе. Для толстых

швов не требуется повышенная точность изготовления сбор­ ных элементов, но прочность материала таких швов должна быть более высокой.

Для бетонирования швов должна устраиваться инвентар­ ная опалубка из стальной объемлющей рамы. Чтобы ускорить твердение бетона шва, особенно в зимнее время, можно при­

менять электропрогрев или местное пропаривание.

13.

14

Рис. 3. Конструкция составной (вдоль пролета) главной балки автодорожного моста в Закавкаі

éc—крайняя j балка; б—средняя балка; /—каналы для продольной предварительно напряженной арматуры

В составных балочных конструкциях для их унификации,

упрощения изготовления и монтажа желательно применять го­ ризонтальную напряженную арматуру без отгибов на конце­ вых участках изгибаемых элементов.

Для повышения трещиностойкости (при больших величинах главных напряжений) в отдельных случаях можно создавать

в элементах поперечное предварительное напряжение.

Для обеспечения точности расположения и очертания за­

крытых или открытых каналов в смежных стыкуемых блоках

торцовая стенка опалубки из стального листа толщиной не ме­

нее 10 мм должна служить кондуктором для каналообразова­ телей в виде стальных труб, гибких шлангов под давлением, стальной спирали со стальным сердечником и пр.

Образование каналов в пределах шва при соединении эле­

ментов рекомендуется производить с помощью резино-ткане­

вого рукава; можно также применять резиновые заглушки,

шайбы-прокладки или отрезки стальных труб. Такой канало­ образователь должен предохранять каналы в теле блоков от

попадания в них раствора при бетонировании стыков.

Открытые каналы для размещения арматуры следует устра­ ивать с помощью инвентарных вкладышей из листовой стали

толщиной не менее 1,5 мм.

Стыки с продольным обжатием допускают применение ар­

матуры любого вида (пучки, пряди, канаты и стержни).

Конструкция анкеров должна быть такой, чтобы можно бы­ ло легко протаскивать арматуру через каналы и просто соби­

рать и разбирать анкеры.

При устройстве стыков необходимо предусматривать ме­

роприятия по повышению сцепления материала шва с бетоном

собираемых элементов. Шероховатость соприкасающихся по­

верхностей можно создать посредством обработки их 50%-ным

раствором сульфитно-спиртовой барды (ССБ) или пескоструй­

ным аппаратом. Технология обработки поверхностей при по­

мощи ССБ, предложенная инж. П. И. Глужге [4] и разрабо­ танная в НИЙОМТП [24], заключается в следующем. Стенки

опалубки (формы) в месте стыкуемых поверхностей перед бе­ тонированием смазывают 50%-ным раствором ССБ слоем в 1—1,5 мм. После укладки бетонной смеси и выдерживания ее в течение суток в нормальных условиях форму снимают, а не­ затвердевшую часть бетона очищают металлическими щетками

и тщательно промывают водой. Раствор ССБ замедляет схва­ тывание слоя бетона толщиной 12—15 мм вблизи смазанной

опалубки, поэтому бетон легко удаляется металлическими щет­ ками на глубину до 6 мм с обнажением щебня. Бетой, нахо­

15

дящийся на глубине более 12—15 мм, твердеет в нормальных условиях.

Такая обработка повышает прочность сцепления примерно вдвое по сравнению с применяемой в практике протиркой по­

верхностей бетона металлическими щетками и одновременной

обработкой 4%-ным раствором соляной кислоты [18]. Непо­

средственно перед бетонированием стыков поверхности следует

тщательно промывать водой.

Стыки с продольным обжатием в изгибаемых составных конструкциях следует рассчитывать без учета сопротивления бетона растяжению.

2. Стыки с поперечным обжатием соединяемых элементов

Стыки с поперечным обжатием соединяемых элементов мо­ гут найти применение для объединения отдельных балок в многостенчатое пролетное строение путем непосредственного об­ жатия балок в пакеты (рис. 4) либо объединением их посред-

ством вставных диафрагм; для присоединения поперечных ба­ лок проезжей части к поясам главных ферм пролетных строе­ ний (рис. 5); для постановки распорок связей в пролетных строениях и в стоечных опорах; для создания неразрезности над опорами в балочных пролетных строениях [1, 27].

Стыки подобной конструкции осуществляются обжатием

соединяемых блоков при помощи предварительно напрягаемой

арматуры, расположенной поперек пролетного строения или

его элемента. Швы в таких стыках работают главным образом на сдвиг.

16

Поперечное предварительное обжатие пространственной конструкции дает возможность членить пролетные строения по ширине.

Расположение стягивающих стык пучков и усилия натяже­

ния их в стыках, где возможно появление изгибающих момен­ тов, должны исключать работу шва на растяжение.

/—поперечная балка; 2—подвеска; 3—поперечный пучок; 4—главная балка

Поперечное обжатие стыков подобной конструкции может

быть осуществлено обжатием соединяемых элементов, сквоз­ ными пучками либо короткими пучками или болтами, пере­

крывающими только зону стыкования.

Зазоры между стыкуемыми элементами заполняют цемент­

ным тестом, цементно-песчаным раствором или бетоном на

мелком щебне, в зависимости от толщины шва и требований прочности соединения. Возможно также применение упругих прокладок из материалов с физико-механическими свойства­

ми, отвечающими требованиям прочности и долговечности сты­

ка. Толщина швов назначается из условия удобства укладки

заполнителя.

При устройстве стыков с поперечным обжатием необходи­ мо точно размещать поперечные каналы для пучков по длине конструкции; точно соблюдать проектные размеры при изго­ товлении сборных элементов, особенно элементов с большими

поверхностями соприкасания; тщательно заполнять зазоры для хорошего сцепления между бетоном омоноличивания и бе-

тоном соединяемых элементов, а также для водонепроницае­ мости швов.

Все это осложняет устройство таких стыков.

Методика выполненных исследований стыков с поперечным

обжатием сводилась к определению зависимости величины срезывающих усилий при сдвиге от величины усилия обжатия,

характера обработки соприкасающихся бетонных поверхно­

стей стыкуемых элементов, прочностных и деформативных

свойств материала заполнения шва и технологии их омоноли-

чивания.

Кроме того, важно было установить влияние трения и сцеп­ ления на величину срезывающего усилия.

В ФРГ в 1959 г. были проведены опыты с балочками, со­

ставленными из пяти бетонных кубов размером 20,×20×20 см

[29]. Зазоры между кубами толщиной 1,5 см заполнялись це­

ментно-песчаным раствором состава 1 :2,5. Составные балоч­ ки были предварительно напряжены осевой нагрузкой (при напряжениях в бетоне от 16 до 65 кг/см2) и внецентренной нагрузкой (у одной фибры напряжения равнялись нулю, у дру­

гой—от 32 до 130 кг/см2). Балочки испытывались на срезы­

вающее усилие по одной плоскости соприкасания. В резуль­

тате испытаний установлено, что относительное срезывающее

усилие, соответствующее моменту сдвига, составляет около 70% от величины усилия продольного обжатия-балочек. Вели­ чина срезывающего усилия не зависит от положения равнодей­

ствующей усилия поперечного обжатия в поперечном сече­ нии. Влияние характера обработки поверхностей сказывается до момента сдвига, а затем сопротивление сдвигу оказывают только силы трения. Чтобы обеспечить коэффициент запа­

са равным примерно 2,3—2,8, необходимо ограничить срезы­

вающее усилие до величины, составляющей 25—35% от уси­

лия предварительного обжатия.

Висследованиях, проведенных в Англии («Ассоциация це­

мента и бетона») для случая сдвига в предварительно напря­

женных замоноличенных швах, коэффициент трения рекомен­

дуется принимать равным 0,65—0,77 [29].

В1957—1959 гг. исследования стыков с поперечным обжа­ тием проводились в ЦНИИСе на образцах с двумя плоско­

стями сдвига. Образцы испытывались под статической и мно­

гократно повторными нагрузками. Было установлено, что в стыках с поперечным обжатием наряду со сцеплением сущест­

венную роль играют силы трения; их величина оказывается до­

статочной для воспринятия значительных усилий, действующих

в сечениях стыка.

18

При усилиях, не превышающих сил трения, стыки с попе­

речным обжатием обладают малой деформативностью. Нали­ чие постоянного обжатия шва поперечными пучками увеличи­

вает сопротивление материала шва срезу. При деформации

сдвига поперечные пучки начинают работать на изгиб, в ре­

зультате чего возрастают напряжения обжатия шва, а следо­

вательно, и силы трения в плоскостях сдвига. При этом соеди­

нение воспринимает увеличивающуюся нагрузку вплоть до

разрыва пучков.

В 1959 г. в ЦНИИСе начаты исследования с целью подбо­

ра материала для швов. Опробованы цементное тесто, цемент­

ный раствор, бетоны, прокладки из органического стекла и из ткани, пропитанной цементным тестом; испытаны образцы с заполнением стыковых зазоров пластбетоном и клеями на

основе эпоксидных смол.

При устройстве стыков с поперечным обжатием необходи­

мо создать плотный шов и хорошее сцепление между поверх­

ностями соприкасания.

Для стыков, работающих на сдвиг, рекомендуется приме­

нять пучки из отдельных проволок с кольцеобразным их рас­ положением в поперечном сечении. В этом случае после за­

полнения канала раствором или бетоном пучок, стягивающий

стык, работает как. железобетонный нагель на срез и изгиб,

увеличивая сопротивление стыка сдвигу. Применение прядей,

тросов и стержневой арматуры для этих стыков менее целесо­ образно.

Анкеры должны удовлетворять требованиям, отмеченным

для стыков с продольным обжатием рабочей арматурой (см. стр. 15). Расположение стягивающих пучков и величина

усилия натяжения их в стыках, где возможны изгибающие мо­ менты, должны исключать работу шва на растяжение.

Для повышения сопротивляемости шва сдвигу можно ре­

комендовать специальную химическую или механическую об­ работку бетонных поверхностей (см. стр. 15—16), а также

устройство армированных шпонок или зубчатых поверхно­ стей, включающих бетон элементов в работу на срез через

раствор шва, работающий на сжатие.

Стыки с поперечным обжатием следует рассчитывать по

условной величине сопротивления шва срезу с проверкой ко­

эффициента запаса на сдвиг, принимаемого равным 2, при

коэффициенте трения бетона по бетону, равном 0,55.

Условное сопротивление шва срезу—величина переменная

и зависит от материала шва (возраста и прочности бетона,

механических свойств уплотняющих прокладок, характера об­