Файлы по мостам / Коллоквиум / КоллоквиумРеконструкция

71.Методы усиления железобетонных пролетных строений.

Целью усиления является повышение эксплуатационных качеств, основным из которых является грузоподъемность.

Способы усиления:

1. Путем увеличения поперечного сечения, добавлением нового материала (бетон, арматура, металлический лист).

2. Путем изменения статической схемы (объединение в неразрезные схемы, устройство новых опор).

3. Комбинированный способ усиления (путем использования принципа внешнего армирования металлическими листами).

Небольшое усиление (на 10—15 %) выполняют добавлением арматуры в растянутой зоне поясов. Арматуру приваривают к нижним рядам существующей: для этого удаляют защитный бе­тонный слой до половины толщины стержней нижнего ряда и к ним приваривают добавляемые стержни через коротыши длиной 10—20 см (а), затем омоноличивают (торкретирование) зону усиления. Высота балки увеличивается незначительно, а грузоподъемность возрастает в основном за счет добавляемой арматуры, которая будет работать только на усилия от временной нагрузки.

Повышения грузоподъемности пролетного строения на 15—35 % достигают увеличением высоты балок и площади рабочей арма­туры приваркой арматурного каркаса (б), состоящего из продольных изогнутых стержней и коротких хомутов. После удаления защитного слоя добавляемую продольную арматуру сое­диняют с существующей приваркой наклонных коротышей и хо­мутов. После установки арматурного каркаса зону усиления бето­нируют в опалубке бетоном на мелком щебне или цементно-песчаным раствором. Бетон подают через загрузочные воронки сбоку под напором столба до 1 м и уплотняют вибраторами, закрепляемыми на опалубке. Для улуч­шения сцепления старого и нового бетонов поверхность тщатель­но обрабатывают. На обетонируемую поверхность рекомендуется наносить тонкую (до 1 мм) эпоксидно-тиоколовую или полимер-цементную прослойку. Бетон следует применять пластичный, по возможности на быстротвердеющем, безусадочном или расширяю­щемся цементе.

1 – зона усиления; 2 – существующая арматура; 3 – арматура усиления; 4 – сварные швы; 5 – наклонный коротыш; 6 – хомут.

Главные балки ребристых пролетных строений можно усили­вать увеличением площади рабочей арматуры нижнего пояса и стенок. Таким образом на одном из мостов были усилены балоч­ные пролетные строения длиной 15 м, на которых обнаружили много поперечных и наклонных трещин. Главные балки пролетных строе­ний заключили в железобетонную «рубашку» толщиной снизу 20 см и с боков по 5 см. Основная добавленная арматура диаметром 36 мм состояла из трех видов стержней — приварен­ных к существующим, отгибаемых вверх по боковым граням балок и обрываемых в растянутой зоне. По боковым граням балок по­ставили горизонтальные стержни диаметром 12 мм, привязанные к хомутам, охватывающим арматуру в нижней зоне. Хомуты верх­ними концами приварили к арматуре плиты, а нижними — к ра­бочей арматуре балок. «Рубашку» бетонировали в деревянной опалубке. Для улучшения включения элементов усиления в работу от внешних нагрузок целесообразно предварительно напрягать до­бавляемую арматуру.

Возможности усиления железобетонных пролетных строений с изменением их статической системы ограничены. По соображе­ниям конструктивного порядка и требований минимального ог­раничения движения поездов во время ведения работ целесооб­разно для усиления применять шпренгели. Их обычно образуют из двух ветвей, располагаемых симметрично по отноше­нию к ребрам балки, очертание их может быть прямолинейным или полигональным. При прямолинейном шпренгеле в балке умень­шаются только изгибающие моменты, а при полигональном — изгибающие моменты и поперечные силы.

Шпренгели выполняют из стержневой высокопрочной арма­туры, тросов, пучков из высокопрочной проволоки, прядей и т. п. Для эффективного включения шпренгелей в работу производят предварительное напряжение.

Для закрепления и напряжения шпренгелей используют ан­керные устройства, применяемые при изготовлении предваритель­но напряженных железобетонных конструкций. Напряжение шпрен­гелей производят оттяжкой их в вертикальной плоскости домкрата­ми, а шпренгелей из арматурных стержней—электронагревом или за­кручиванием гаек.

Усиление балок полигональными шпренгелями (а, б, в) и прямолинейным (г):

1 – шпренгель; 2 – анкер; 3 – распорка; 4 – упор.

70.Усиление металлических пролетных строений.

При недостаточной грузоподъемности пролет­ных строений их усиливают или заменяют новыми. Грузоподъем­ность пролетного строения оценивается классом наиболее слабого элемента (по сечению, прикреплению и т. п.). Классы элементов про­летных строений, особенно изготовленных по расчетным нормам до 1931 г., могут иметь различные значения, изменяющиеся в широком диапазоне. Поэтому для повышения грузоподъемности пролетного строения до требуемого уровня может потребоваться усиление небольшого числа элементов. В связи с этим усиление металлических пролетных строений может быть эффективно использовано с целью продления сроков их службы в условиях исчерпания первоначальной грузоподъемности.

Вопрос об усилении или замене пролетных строений решают на основании технико-экономического анализа. Значительное влияние на выбор варианта усиления или замены оказывает физическое состояние пролетных строений. В зависимости от конструкции пролет­ного строения, наличия слабых элементов в нем, степени повыше­ния грузоподъемности при усилении и местных условий применяют различные виды усиления.

Существует несколько способов усиления металлических пролет­ных строений:

• увеличение поперечного сечения элементов с одновременным уси­лением (если необходимо) их прикреплений;

• устройство (установка) дополнительных ферм или балок;

• введение дополнительных элементов в систему пролетных строений;

• усиление с изменением системы ферм или балок путем подведе­ния шпренгеля под балку, добавления третьего пояса (арки) к балочным фермам, превращения разрезных балок или ферм в нераз­резные;

• устройство дополнительных опор - временных или постоянных, уменьшающих расчетный пролет существующих пролетных строений;

• превращение стального пролетного строения в сталежелезобетонное путем устройства железобетонной плиты, включенной в совмест­ную работу.

Усилять отдельные элементы пролетного строения добавлением металла обычно нужно при любом способе.

Выносливость элементов клепаных пролетных строений можно повысить заменой в прикреплениях заклепок крайних рядов высокопрочными болтами. Замена наиболее нагру­женных заклепок в двух-трех крайних рядах высокопрочными болтами значительно повышает ус­талостную долговечность при­крепляемого элемента и замед­ляет процесс расстройства ос­тавшихся в соединении за­клепок.

Для эффективного исполь­зования вновь добавляемого металла, особенно высокопроч­ных сталей, и рационально­го распределения усилий в сис­теме применяют предваритель­ное напряжение с регулирова­нием усилий и деформаций в конструкции. Регулируют уси­лия в элементах пролетных строений путем установки пред­варительно напряженных затя­жек, разгрузки (догрузки) кон­струкций при усилении, изме­нения значений опорных реак­ций в неразрезных системах, закрепления элементов усиле­ния в нагретом состоянии и др.

Метод усиления пролетных строений с использованием предварительно напряженных затяжек из высокопрочных сталей - наиболее рациональный. Предварительно напряженные затяжки позволяют почти пол­ностью исключить расклепку узловых прикреплений, при этом уси­ление во многих случаях выполняют не прерывая движения поездов. При усилении обычно применяют соединения на высокопрочных болтах. Такие соединения обладают большей по сравнению с зак­лепочными соединениями жесткостью, что обеспечивает хорошую совместную работу старого и вновь добавляемого метал­ла и повышает эффективность его использования, имеют более низкую концентрацию напряжений.

Применение сварных соединений при усилении пролетных строе­ний железнодорожных мостов осложняется тем, что трудно обеспе­чить достаточную надежность этих соединений: качество металла усиливаемых пролетных строений в большинстве случаев не удовлет­воряет требованиям, предъявляемым к металлу для сварных мостов; из-за специфики производства сварочных работ при усилении мостов применяется преимущественно ручная сварка, которая из-за труд­ности ее выполнения не обеспечивает требуемое качество сварных соединений; сложно осуществить наиболее совершенные типы сварных соединений (встык) и устранить в них опасные зоны кон­центрации напряжений.