Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов (Первая редакция)
.pdf
|
|
∙ ∙ |
51 |
|
|
|
|
||
|
|
0,9 , |
|
|
(12.2) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(12.3) |
|
где |
– единичная ширина полосы материала, |
усиления, |
1 |
||||||
мм; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
–количество слоев материала усиления;
–коэффициент, учитывающий тип конструкции усиления,
определяемый по таблице 12.4;
–толщина одного слоя материала усиления, мм;
–модуль упругости материала усиления, МПа;
–высота главной балки, м;
–высота полок U-образной обоймы материала усиления, м;
–высота сжатой зоны бетона, м;
–расчетная прочность бетона, определяемая в зависимости от фактической прочности.
|
Таблица 12.4 |
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
Тип конструкции усиления |
|
|
Холст на нижней грани без закрепления |
|
0,41 |
Холст на нижней грани с закреплением вертикальными |
|
0,49 |
холстами |
|
|
|
|
|
U – образная обойма без закрепления |
|
0,46 |
U – образная обойма с закреплением вертикальными холстами |
|
0,49 |
Пластины с закреплением холстами или U – образной обоймой |
|
0,45 |
12.2.3.Расчет по прочности нормальных сечений следует производить
взависимости от соотношения между значением относительной высоты
сжатой зоны бетона |
|
|
|
и ее граничным значением |
|
, определяемом |
|
по формуле (6.13). При |
выполнении условия |
в дальнейшем расчете |
|||||
⁄ |
зоны, определяемую изу |
|
у |
|
|||
используют высоту сжатой |
условий равновесия, в |
||||||
противном случае |
|
|
. |
|
|
|
|
Также следует проверить соотношение между относительной высотой |
|||||||
сжатой зоны бетона |
|
|
|
, определяемой из условий равновесия, и |
|||
значением граничной |
относительной высоты сжатой зоны |
|
, при которой |
||||
|
|
/ |
|
|
|
|
|
предельное состояние бетона сжатой зоны наступает одновременно с
достижением в материале усиления предельно допустимого напряжения |
. |
|
Для этого должно выполняться условие |
. |
|
|
|
|
|
|
52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,85 |
|
0,008 |
|
|
, |
|
(12.4) |
где |
|
1 |
, |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
– предельная деформация бетона, |
|
1,1 |
, |
. |
|||||
|
,При |
следует принимать: |
|
|
|
0,0035 |
||||
|
|
|
|
′ |
вводят. |
|
|
|
(12.5) |
|
|
Площадь сжатой арматуры |
в расчет согласно разделу 4. |
||||||||
|
12.2.4. |
При определении |
предельного изгибающего момента |
|||||||
усиленного нормального сечения следует определить положение нейтральной оси сечения.
Координаты слоя усиления, наносимого на нижнюю грань усиливаемой конструкции, по высоте, ввиду его малой толщины, принимаются равными координатам крайних растянутых волокон бетона.
Если граница сжатой зоны проходит в плите, как показано на рисунке
12.1, то ее высоту определяют по формуле: |
|
|
||
|
|
0,5 |
´ |
(12.6) |
где |
и |
– площади поперечного сечения |
композиционного, |
|
материала, расположенного на нижней и боковых гранях балки, соответственно.
Предельный момент в этом случае определяется по формуле:
У |
0,5 |
′ |
|
|
(12.7) |
||
|
|
|
|
0,5 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Если граница сжатой зоны расположена в ребре (рисунок 12.2), ее высоту следует определять по формуле:
0,5 |
´ |
′ |
′ |
. |
(12.8) |
Предельный момент при этом определяют по формуле:
У |
0,5 |
′ ′ |
0,5 |
1 |
|
(12.9) |
|
|
2 |
при усилении |
3 |
композиционным |
|
Следует |
учитывать, |
что |
0,5 |
|
. |
|
материалом только по нижней грани значение |
приравнивают к нулю. |
|||||
Расчет по поперечной силе
12.2.5. Допускаемую временную нагрузку по прочности главной балки, усиленной без разгрузки от собственного веса, для наклонного сечения по поперечной силе следует определять по формуле:
53
у
, |
(12.10) |
|
где – предельная поперечная сила в неусиленном наклонном сечении, кН;
у– предельная поперечная сила в усиленном наклонном сечении, кН;
–поперечна сила, возникающая в наклонном сечении от
постоянных нагрузок, кН;
– площадь линии влияния поперечной силы.
Рисунок 12.1. Расчетное сечение тавровой балки при расположении границы сжатой зоны в плите
Рисунок 12.2. Расчетное сечение тавровой балки при расположении границы сжатой зоны в ребре
Поперечную силу, возникающую в рассчитываемом сечении от постоянных нагрузок, следует определять по формуле:
′. (12.11)
Горизонтальную растянутую арматуру и материал усиления, расположенный на нижней грани балки, при определении предельной
54
поперечной силы в наклонном сечении в расчете не учитывают.
При резком изменении толщины стенки, кроме сечения, начинающегося от края опорной части, должны быть проверены еще два наклонных сечения: заканчивающееся у места изменения толщины стенки и начинающееся от него.
Предельную поперечную силу в неусиленном сечении определяют по формуле:
0,8 Σ |
0,8 |
, |
(12.12) |
где – площадь поперечного сечения стержней отгиба растянутой арматуры, м2;
α– угол наклона отгиба растянутой арматуры в градусах;
–площадь поперечного сечения одной ветви хомутов, м2;
–длина проекции наклонного сечения на продольную ось, м;
–шаг хомутов, м;
–поперечная сила, воспринимаемая бетоном, кН.
Поперечную силу, воспринимаемую бетоном, следует определять по формуле:
2 |
. |
(12.13) |
На участках длиной 2 от опорного сечения выполняют проверку наклонных сечений с углом наклона к опорному (вертикальному) сечению 45°. Если толщина стенки, шаг и состав сечения хомутов постоянны по длине балки или изменяются плавно, то проверяют одно наклонное сечение, длина проекции которого:
но не более |
|
|
. |
|
2,5 |
, |
(12.14) |
|||
Предельную2 |
|
поперечную силу в усиленном наклонном сечении |
||||||||
принимают как минимальное из значений, полученных по формулам: |
|
|||||||||
- по сжатому бетону между наклонными трещинами: |
|
|||||||||
где |
1 |
5 |
, У |
0,3 |
, |
(12.15) |
||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
. |
0,01 |
|
, |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
- по наклонной трещине в наиболее опасном сечении после усиления:
|
У 0,8 Σ |
0,8 |
55 |
|
|
|
(12.16) |
||
где |
– площадьΣпоперечного |
сечения наклонных холстов из материала |
||
усиления, м2; |
Σ |
, |
||
–угол наклона холстов из материала усиления;
–площадь поперечного сечения вертикальных холстов, м2.
Расчетная схема к определению предельной поперечной силы в усиленном наклонном сечении приведена на рисунке 12.3.
Рисунок 12.3. Расчетная схема к определению несущей способности наклонного сечения на действие поперечной силы
12.2.6. Допускаемую временную нагрузку по прочности главной балки, усиленной без разгрузки от собственного веса, для наклонного сечения, расположенного на расстоянии a от ближайшей опоры, по изгибающему моменту следует определять по формуле:
у
. (12.17)
Величину изгибающего момента |
, возникающего в наклонном |
сечении от действия постоянных нагрузок, определяют по формуле (6.21). На рисунке 12.4 приведена расчетная схема к определению
предельного момента в усиленном сечении.
Предельный изгибающий момент в усиленном наклонном сечении вычисляют по формуле:
У |
от усилийс |
в материалес , |
(12.18) |
где с , с ,сс , с – расстоянияс |
усиления, |
56
расположенном на нижней и боковых гранях, вертикальных и наклонных холстах, соответственно, до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона в расчетном сечении, м.
Рисунок 12.4. Расчетная схема к определению предельного изгибающего момента в наклонном сечении
12.3. Расчет усиленных элементов на выносливость
12.3.1. Допускаемые временные нагрузки по выносливости бетона и арматуры главной балки, усиленной без разгрузки от собственного веса, для расчетного сечения, расположенного на расстоянии a от ближайшей опоры, следует определять по формуле:
У
. (12.19)
Предельный изгибающий момент для усиленного сечения определяют по следующим формулам:
а) по выносливости бетона:
У |
у |
; |
|
(12.20) |
|
б) по выносливости арматуры: |
|
усиленного. |
|
||
У |
|
у |
(12.21) |
||
где у – приведенный момент инерции |
сечения балки, м4; |
||||
–высота сжатой зоны бетона для расчетов на выносливость, м;
–расстояние от растянутой грани сечения до центра тяжести ближайшего ряда арматуры, м;
–коэффициент, учитывающий перераспределение напряжений
57
между арматурой и композиционным материалом.
Значение коэффициента принимают по таблице 12.5 в зависимости от отношения площадей поперечного сечения композиционного материала и стальной арматуры в рассматриваемом сечении (промежуточные значения определяют по интерполяции).
Таблица 12.5.
Коэффициент
|
⁄ |
|
0,000 |
0,062 |
0,125 |
|
0,187 |
0,297 |
|
0,375 |
|
|
1,000 |
0,929 |
0,881 |
|
0,849 |
0,808 |
|
0,772 |
|
|
Обозначения геометрических размеров, используемых при |
расчете |
||||||||
усиленного |
сечения |
на выносливость, |
приведены |
на рисунке |
12.5, а |
|||||
распределение внутренних усилий в нем – на рисунке 12.6.
В случае, если ′ , момент инерции приведенного усиленного сечения определяют по формуле:
|
у |
′ |
3 |
|
|
′ |
3 |
|
′ |
|
|
|
´ |
|
´ |
следует. |
(12.22) |
|||
|
Высоту сжатой´ ´ ′зоны´ |
усиленного′ ´ |
сечения′ |
определять по |
||||||||||||||||
формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
(12.23) |
||
|
при этом |
′ |
|
|
′ |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
′ |
|
|
|
|
′ |
´ |
´ |
|
|
|
|
|
|
|
; |
(12.24) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
′ |
2 |
´ |
´ |
´ |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
(12.25) |
||||
|
В случае, если |
′ |
, значения |
у |
, и |
|
следует определять. |
по |
||||||||||||
формулам: |
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
3 |
|
´ |
´ |
′ |
|
´ |
´ |
|
|
´ |
|
(12.26) |
||||
|
|
|
|
|
|
′ |
|
´ |
|
; |
|
|
|
|
(12.27) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
´ |
´ |
′ |
|
|
|
|
; |
|
|
|
(12.28) |
||
|
2 |
´ |
|
|
|
|
´ ´ |
2 |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
58
Рисунок 12.5. Обозначения геометрических размеров усиленного сечения для расчетов на выносливость
Рисунок 12.6. Распределение внутренних усилий в усиленном сечении при расчетах на выносливость
12.4. Учет технологии усиления
12.4.1. Если производство работ идет без разгрузки от собственного веса и без закрытия движение при проведении усиления, то предельный момент усиленного сечения следует определять по формуле:
|
|
|
M |
уб |
у |
у |
|
(12.29) |
|
у |
|
, |
|||||
где |
– |
|
|
определяемый в |
||||
|
|
момент в сечении от временной нагрузки, |
||||||
соответствии с требованиями раздела 6 с учетом интенсивности временной
нагрузки, обращающейся |
при проведении усиления и без учета |
коэффициента уменьшения |
динамического воздействия . |
59
13. Рекомендации по усилению композиционными материалами на основе углеродного волокна
13.1.Усиление необходимо выполнять согласно Руководству по усилению железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов системой внешнего армирования на основе углеродных волокон.
13.2.Для усиления главных балок железобетонных пролетных строений используют ткани или пластины на основе углеродного волокна. Материал усиления наклеивают на нижнюю грань балки, как показано на рисунке 13.1, и закрепляют от отслоения и проскальзывания вертикальными или наклонными обоймами.
Рисунок 13.1. Усиление главной балки железобетонного пролетного строения композиционным материалом на основе углеволокна
13.3. Использование различных схем усиления позволяет восстанавливать или увеличивать несущую способность главных балок пролетных строений на различную величину. Выбор схемы усиления зависит от требуемой степени повышения несущей способности.
В таблице 13.1 представлены возможные схемы усиления, позволяющие увеличить несущую способность.
Таблица 13.1.
Возможные схемы усиления
Описание конструкции усиления
Холст на нижней грани То же, но с устройством пологих обойм
То же, но с устройством вертикальных обойм Холст на нижней грани «до опор» U-образная обойма
Ламель на нижней грани с устройством вертикальных обойм То же, но с устройством дополнительных обойм
Увеличение несущей способности, % 3
5
7
7
26
11
22
60
14. Рекомендации по обследованию и испытанию пролетных строений для определения грузоподъемности железобетонных пролетных строений
14.1.Общие положения
14.1.1.Цель обследования состоит в получении необходимых данных для установления физического состояния и определения грузоподъемности пролетных строений. В задачи обследовании входят также анализ условий работы конструкций, выявление возможных причин дефектов и оценка ремонтопригодности сооружения.
14.1.2.Обследования по нижеизложенной методике производят мостостанции дирекции по диагностики и мониторингу Центра ИССО, а также другие специализированные организации, имеющие допуск к данным видам работ.
14.2.Выявление дефектов конструкции
14.2.1.При обследовании должны быть выявлены все дефекты, и в первую очередь те, которые снижают грузоподъемность и долговечность пролетных строений; коррозия рабочей арматуры; потеря сцепления с бетоном рабочей арматуры, в том числе выключение ее из работы; трещины
вбетоне несущих элементов; повреждение гидроизоляции пролетного строения; нарушение нормальных условий работы системы водоотвода из
балластных |
корыт; |
неправильность в расположении и недостаточная |
||
подвижность |
опорных |
частей; отклонения от нормативов в состоянии |
||
мостового |
полотна; |
другие |
повреждения, |
способные снизить |
грузоподъемность и долговечность пролетного строения. |
||||
Все дефекты и |
другие |
данные обследования, характеризующие |
||
физическое состояние пролетного строения, следует фиксировать и наносить на специальный планшет (схема пролетного строения, выполненная в
определенном масштабе). |
|
|
||
14.2.2. При обследовании следует иметь в |
виду, что коррозия |
|||
арматуры возникает |
и |
развивается в |
местах отсутствия защитного слоя |
|
или недостаточной |
его |
толщины, на |
участках |
с нарушенной рыхлой |
структурой бетона, а также в результате карбонизации бетона или
проникновения влаги через трещины. Коррозия арматуры может |
быть |
|||
обнаружена визуально в местах обнажения |
стержней |
(пучков), а |
также |
|
по ржавчине, выступившей на поверхности бетона, |
по |
отслоению |
бетона |
|
или его пучению, по трещинам в защитном |
слое, |
направленным |
вдоль |
|
арматуры. Отслоение защитного слоя может быть установлено и путем его простукивания. Корродированная рабочая арматура подлежит замеру для