22. Основные положения расчета сталежелезобетонных пролетных строений.

Прежде всего, следует отметить, что основой для расчёта сталежелезобетонных пролётных строений является методика расчёта стальных пролётных строений с дополнениями, учитывающими специфику работы сталежелезобетонных пролётных строений.

Характерной особенностью сталежелезобетонных пролётных строений является существенное уменьшение поперечного сечения стальных несущих элементов по сравнению с обычным стальным пролётным строением. Это уменьшение поперечного сечения стальных несущих элементов снижает их несущую способность и жёсткость, которых может оказатя недостаточно для осуществления ряда монтажных операций, поэтому выполнение проверки прочности и жёсткости стальных конструкций на монтажные нагрузки является обязательным.

Наиболее уязвимой частью стальных несущих конструкций является верхний пояс, для обеспечения изгибнокрутильной жёсткости которого иногда приходится использовать временные связи.

В целях уменьшения усилий в стальных несущих конструкциях при их монтаже методом продольной надвижки приходится применять аванбек (Рис. 22.1). В некоторых случаях используют шпренгельные затяжки, резко увеличивающие несущую способность и жёсткость стальных конструкций. Естественно, что стальные несущие конструкции на стадии их монтажа рассчитываются с учётом «лишних» связей, образуемых шпренгельными элементами.

На стадии укладки железобетонных плит проезжей части необходимо учитывать не только вес железобетонных блоков, но и вес крана, а также транспортных средств, используемых для доставки железобетонных блоков (Рис. 22.2). Если монтажный кран установлен на земле и по земле же доставляют сборные блоки плиты, то две последние нагрузки в расчётах не учитывают.

Оценка напряжённого состояния сталежелезобетонного сечения основана на гипотезе плоских сечений. В общем виде исходят из того, что внутренний момент от равнодействующих усилий, возникающих в железобетонной плите и стальной балке (Рис. 22.3), определяется выражением

Однако, при последнее слагаемое в выражении для внутреннего момента, оказывается пренебрежимо малым по сравнению с общим значением внутреннего момента и значением в целях упрощения расчётов пренебрегают (Рис. 22.4). Тогда выражение для внутреннего момента принимает вид. В связи с этим изменяется и расчётная схема оценки напряжённого состояния сталежелезобетонного сечения, при которой предполагают, что нормальные напряжения в бетоне плиты равномерно распределяется по её высоте.

Проверка прочности для сталежелезобетонных мостов, расположенных вне сейсмически опасных районах, выполняется в основном по двум сочетаниям нагрузок:

1.Первое сочетание нагрузок включает постоянные нагрузки плюс временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов. Все нагрузки учитывают с коэффициентом сочетаний v=1.

2.Второе сочетание нагрузок, включающее уже перечисленные, а также дополнительные воздействия от неравномерного распределения температур по высоте сталежелезобетонного сечения. Постоянные нагрузки учитывают с коэффициентом сочетаний v =1, временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов с коэффициентом сочетаний v =0,8, дополнительные воздействия от неравномерного распределения температур по высоте сталежелезобетонного сечения v =0,7.

Расчёт сталежелезобетонного сечения на воздействия положительного момента выполняют в зависимости от напряжения в бетоне СТЬ на уровне центра тяжести железобетонной плиты и напряжения в продольной арматуре плиты Gr, определяющих расчётный случай А, Б или В. При воздействии отрицательного момента в зависимости от этих напряжений используют расчётный случай Гили Д. (Критерии выбора расчётных случаев см. в главе 23).

Расчёт поперечного сечения выполняют по стадиям, в зависимости от числа частей сечения, последовательно включаемых в работу. Напряжения в конкретной части сечения определяют суммированием их от каждой стадии работы.

Длительно действующие нагрузки (вторая часть постоянной нагрузки и усилия регулирования) в начальный момент вызывают в бетоне плиты напряжения, которые с течением времени в силу свойственного бетону явления ползучести будут постепенно уменьшатя. Процесс этот носит затухающий характер, и через 3…5 лет напряжения в бетоне достигнут конечного значения. Деформациям ползучести бетона плиты препятствует совместно работающая с железобетонной плитой стальная балка (Рис. 22.5), в результате чего в ней возникают дополнительные напряжения.

Изменения напряжений в сталежелезобетонном сечении следует определять исходя из условия совместности деформаций плиты и стальной балки. Уменьшение напряжений в бетоне плиты несколько снижает эффект включения железобетонной плиты в совместную работу со стальными балками. Следовательно, напряжения в стальной балке увеличиваются. Так, например, начальные напряжения в нижнем поясе и верхнем поясе стальной балки увеличатся соответственно до значений.

В разрезных сталежелезобетонных пролётных строениях от ползучести бетона происходит уравновешенное перераспределение напряжений в сечении, не влияющее на величину усилий, действующих в сечении.

В неразрезных сталежелезобетонных пролётных строениях любое перераспределение внутренних напряжений неразрывно связано с изменением распределения внутренних усилий (наиболее значимое для изгибающих моментов) по длине пролётного строения (Рис. 22.6).

Процесс перераспределения внутренних напряжений по сечению неразрывно связан с изменением действующего в сечении усилия. Определение конечных значений напряжений в сталежелезобетонных сечениях кг к и внутренних усилий М „ может быть выполнено, например, с использованием метода итераций.

При усадке бетона плита стремится укоротитя, но этому препятствует стальная балка.Поэтому в бетоне плиты возникают растягивающие напряжение СУЬ sy , а следовательно, и растягивающее усилие Nsr, и равное ему, но противоположно направленное усилие в стальной балке (Рис. 22.7). От этой пары сил возникает изгибающий момент В результате совместного действия в верхнем поясе стальной балки возникают сжимающие напряжения, а в нижнем поясе растягивающие напряжения.

Усадка это процесс, длительно протекающий во времени, поэтому при определении напряжений необходимо учитывать ползучесть бетона, существенно смягчающую влияние усадки на напряжённое состояние сталежелезобетонного сечения.

В неразрезных сталежелезобетонных пролётных строениях от усадки бетона возникают дополнительные усилия, которые следует учитывать при оценке напряжённого состояния сталежелезобетонного сечения. При этом разгружающее влияние усадки бетона не учитывается.

Теплопроводность стали примерно в 50 раз больше теплопроводности железобетона, вследствие чего при резком изменении температуры окружающей среды стальная балка будет активней реагировать на это изменение, чем железобетонная плита.Температура стальной балки поэтому будет значительно отличатя от температуры железобетонной плиты. Кроме того, тонкая стенка стальной балки солнечными лучами нагревается быстрее, чем все остальные элементы. Поскольку часть стенки оказывается прикрытой консольным свесом железобетонной плиты и становится недоступной для прямого воздействия солнечных лучей, в стенке по её высоте возникает существенная неравномерность распределения температур.

При повышении температуры воздуха и неравномерном нагреве стенки солнечными лучами эпюра разностей температур между железобетонной плитой и отдельными точками стальной балки будет иметь криволинейный вид (Рис. 22.8).

Расчёт прямолинейных в плане сталежелезобетонных пролётных строений ведут из предположения неизменности по длине пролётного строения эпюры разностей температур между железобетонной плитой и стальной балкой. Коэффициент линейного температурного расширения стали и бетона принимают равным а. Несмотря на однозначность криволинейной эпюры разностей температур, в стальном сечении появляются дополнительные напряжения разных знаков, неравномерно распределённые по высоте сечения.

В разрезном сталежелезобетонном пролётном строении от неодинакового нагрева стальных балок возникают изгиб несущих конструкций в горизонтальной плоскости и их кручение. В неразрезных пролётных строениях, кроме того, образуется дополнительный изгибающий момент в вертикальной плоскости.

Расчёты железобетонной плиты проезжей части на местный изгиб и совместную работу со стальными несущими конструкциями допускается выполнять независимо один от другого. Если плита проезжей части работает на местный изгиб в продольном направлении, то её следует рассчитывать как вне центренно сжатый или вне центренно растянутый железобетонный элемент в зависимости от знака продольного усилия в плите.