Лекция №1. Основные понятия об искусственных сооружениях на автомобильных дорогах. Виды искусственных сооружений.
Проектирование, строительство и эксплуатация искусственных сооружений — сложный и взаимосвязанный процесс, руководство которым должно производиться высококвалифицированными инженерами по специальности «Мосты и транспортные тоннели». Необходимую подготовку в этой области должны иметь и инженеры дорожники, так как многим в практической работе приходится решать вопросы строительства и эксплуатации мостов.
Проектирование искусственных сооружений в современных условиях развивается за счет разработки новых эффективных конструктивных форм, совершенствования методов расчета, применения новых материалов, использования ЭВМ для расчетов, конструирования элементов мостов и выдачи их рабочих чертежей.
Строительство искусственных сооружений совершенствуется за счет применения комплексной механизации, организации поточного производства элементов сооружений и их ритмичного монтажа. В последние годы наряду со сборным железобетоном получает новое развитие монолитный железобетон для средних и больших пролетов мостов, что обеспечивает их большую надежность.
Для инженера-дорожника особое значение приобретают вопросы содержания мостов. Значительный рост подвижных нагрузок и их интенсивности, низкое качество строительства мостов, неудовлетворительные содержание и ремонт привели в последние годы к сокращению срока службы автодорожных мостов до тридцати лет и менее. Это связано с большим объемом работ по приведению мостов в удовлетворительное состояние, в выполнении которого принимают участие инженеры-дорожники.
Значительная часть мостов на автомобильных дорогах страны была построена в 50—60-е годы. Поэтому в настоящее время более 50% мостов не удовлетворяют современным нормативам по грузоподъемности и габаритам, требуют усиления или уширения. Это связано с решением ряда экономических и организационных задач: разработкой технико-экономических нормативов уширения мостов, определением принципов, сроков и порядка планирования этих работ, созданием материальных и организационно-технических предпосылок для массового их производства, внедрения поточных методов организации этих работ. Работы по ремонту, усилению и уширению мостов должны быть механизированы, выполняться с применением новых материалов и методов, обеспечивающих высокое качество работ при минимальном ограничении движения по автомобильной дороге и обеспечении его безопасности.
Важной задачей эксплуатации мостов является определение возможности пропуска по ним транспортных средств с учетом фактического состояния мостов. Ее решение основано на обследованиях и испытаниях мостов, оценке их грузоподъемности и надежности. Возникает трудная проблема диагностики мостов на основе использования современной теории надежности технических систем, современных средств измерения и анализа данных измерений с помощью ЭВМ.
Основные понятия об искусственных сооружениях на автомобильных дорогах Виды искусственных сооружений на автомобильных дорогах
Автомобильные дороги образуют сложную дорожную сеть страны. Проходя по местности, они пересекаются между собой, с железными дорогами и пересекают различные препятствия: ручьи, реки, овраги, долины, горные хребты, ущелья, озера, морские заливы и проливы. Для обеспечения беспрепятственного движения на дорогах строят различные сооружения: трубы, мостовые сооружения, тоннели, галереи, балконы, подпорные стенки.
Трубы укладывают в тело земляного полотна дороги (рис. 1.1). Они служат для пропуска под дорогой небольших ручьев, транспортных средств, пешеходов и скота. Их устраивают обычно из сборных элементов круглого или прямоугольного сечения. В местах расположения трубы не прерывают земляное полотно.
Мостовые сооружения (рис. 1.2) строят для пропуска дороги над реками, ущельями, оврагами, лощинами, другими дорогами. Они прерывают земляное полотно дороги своими конструкциями (рис. 1.2,а), включающими пролетные строения и опоры. Пролетное строение перекрывает пространство между опорами, поддерживает все перемещающиеся по сооружению нагрузки и передает их и свой собственный вес на опоры. Опоры воспринимают усилия от пролетного строения и передают их через фундаменты на грунты основания.
Разновидностями мостовых сооружений являются собственно мосты (см. рис. 1.2, а), путепроводы (рис. 1.2,6), виадуки (рис. 1.2,в) и эстакады (рис. 1.2,г).
Собственно мостом называют сооружение для пропуска дороги над водным препятствием. Путепровод — мостовое сооружение для пропуска одной транспортной магистрали над другой в разных уровнях. Путепроводы строят в городах и вне городов, для автомобилей и пешеходов. Виадук — мостовое сооружение для пропуска дороги над глубоким оврагом, ущельем или суходолом с высоким расположением уровня проезда над низом препятствия. Характерной особенностью виадуков являются опоры большой высоты (от нескольких десятков до сотен метров). Эстакадами называют мостовые сооружения для пропуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли (см. рис. 1.2,г), чтобы пространство под ними могло быть использовано для различных целей. Эстакады возводят также вместо насыпи для пропуска дороги над долинами рек, над болотистыми участками местности, на подходах к путепроводам. Их применяют и для пропуска скоростных автомагистралей над городской застройкой, при уширении набережных и организации движения в городских условиях вдоль рек.
Рис. 1.2. Мостовые сооружения:
1— пролетное строение; 2 — промежуточная опора; 3 — устой
Рис. 1.3. Тоннель
Тоннели (рис. 1.3) применяют для пропуска дороги сквозь толщу горного массива или под крупными реками, озерами, морскими заливами или проливами. В городах их применяют для пропуска под землей автомобилей и пешеходов.
На горных дорогах, кроме виадуков и тоннелей, применяют галереи (рис. 1.4,а), балконы (рис. 1.4,6) и подпорные стенки (рис. 1.4, в).
Галереи используют для защиты дороги от снежных лавин и камнепадов, балконы — для обеспечения необходимой ширины дороги на крутых склонах и сокращения объемов работ по разработке грунтов, подпорные стенки — для удержания находящегося за ними грунта от обрушения.
Рис. 1.4. Сооружения на горных дорогах
Искусственные сооружения являются ответственными и дорогостоящими элементами дороги. Расходы на их возведение составляют около 10% стоимости постройки дороги, возводимой в равнинной местности. В пересеченной и горной местности, а также при пересечении рек расходы на искусственные сооружения возрастают и составляют до 30% и более от общей стоимости дороги.
Лекция №2. Понятие мостового перехода, его элементы. Схема мостового перехода. Основные конструктивные элементы моста.
Комплекс сооружений, возводимых при пересечении дорогой реки, называют мостовым переходом (рис. 1.5). В его состав входят мост, подходы к нему, ледорезы, регуляционные сооружения и берегоукрепительные устройства.
Мост своими конструкциями перекрывает русловую часть реки или русло и часть поймы реки (рис. 1.5,а, б). Подходы к мосту обеспечивают сопряжение дороги с мостом. Их устраивают в виде земляных насыпей или эстакад.
Ледорезы — сооружения для защиты промежуточных опор моста от непосредственного воздействия ледохода, которое является наиболее опасным для деревянных опор. В этом случае ледорезы возводят перед каждой опорой (рис. 1.5,6) с верховой стороны на той части реки, где возможен ледоход. В мостах с массивными опорами (каменными, бетонными, железобетонными) ледорезы совмещают с опорами.
Регуляционные сооружения и берегоукрепительные устройства применяют для предохранения грунта у опор моста и берегов от значительного размыва. Их устраивают в виде струенаправляющих дамб и траверс.
Струенаправляющие дамбы сооружают у береговых опор, придавая им в плане очертание, способствующее плавному протеканию в отверстие моста водного потока с пойм русла (рис. 1.5,б—д).
С верховой стороны мостового перехода иногда устраивают траверсы в виде коротких дамб, выступающих в реку перпендикулярно или под углом к берегу или насыпи подхода (см. рис. 1.5,г). Траверсы препятствуют течению воды вдоль берега или насыпи, предохраняют их от размыва и способствуют направлению водного потока в отверстие моста.
Мосты состоят из пролетных строений и опор. В пролетных строениях мостов выделяют следующие основные части: проезжую часть, несущую часть, систему связей и опорные части.
Под проезжей частью пролетного строения (в первоначальном и основном смысле этого понятия) понимают совокупность конструктивных элементов, воспринимающих действие подвижных нагрузок (от транспортных средств и пешеходов) и передающих их на несущую часть. В состав проезжей части входит мостовое полотно и несущие элементы (рис. 1.6). Мостовое полотно расположено над несущими элементами проезжей части и предназначено для обеспечения безопасного движения транспортных средств и пешеходов, а также для отвода воды.
Несущие элементы проезжей части воспринимают нагрузку от транспортных средств с ездового полотна, от пешеходов с тротуаров и передают их на основные несущие конструкции пролетного строения. Применяют три главных вида несущих элементов проезжей части: балочная клетка — совокупность поперечных и продольных балок; плоская или ребристая плита; ортотропная плита — сварная стальная конструкция, состоящая из листа, подкрепленного ребрами.
Рис. 1.5. Схема мостового перехода: I — мостовой переход; II — мост;
III — насыпь подхода; 1 — насыпь подхода; 2 — струенаправляющая дамба; 3 — пойма; 4 — русло; 5 — ледорез; 6 — траверса
Понятие проезжей части пролетного строения в настоящее время стало использоваться и в несколько ином, более узком смысле: это полоса на мостовом полотне для непосредственного движения транспортных средств. Ширина этой полосы равна сумме ширин полос движения, установленных для моста. К этой полосе примыкают предохранительные полосы (полосы безопасности). Они предназначены для обеспечения движения на мосту с установленной скоростью движения. Их наличие устраняет психологическое воздействие на водителя высокого ограждения у тротуаров. Они также обеспечивают возможность съезда транспортных средств с проезжей части при возникновении опасных для движения ситуаций. Проезжая часть в узком смысле этого понятия вместе с предохранительными полосами составляют полосу ездового полотна, или габарит проезда.
Несущая часть пролетного строения воспринимает действие собственного веса пролетного строения и временной подвижной нагрузки и передает его на опоры. В простейших балочных мостах малых пролетов несущая часть пролетного строения состоит из деревянных или металлических прогонов, железобетонных плит или балок; при средних и больших пролетах в качестве несущей части применяют балки, фермы, арки или рамы.
Связи между главными балками, фермами или арками пролетного строения устанавливают с целью объединения их в пространственно жесткую конструкцию, способную воспринимать всеми элементами как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки. В полной системе связей различают горизонтальные (верхние и нижние) и вертикальные (опорные и промежуточные) связи.
Рис. 1.6. Элементы мостового полотна:
I — тротуар; II — полоса безопасности; III — проезжая часть; IV — ездовое полотно; 1 — перильное ограждение; 2 — одежда тротуаров; 3 — барьерное ограждение; 4 — устройство для освещения; 5 — устройство для водоотвода; 6 — одежда ездового полотна; 7 — несущие элементы проезжей части; 8 — несущие элементы пролетного строения
Рис. 1.7. Основные характеристики моста и уровней реки
Опорные части представляют собой специальные элементы, с помощью которых опорные реакции от несущей конструкции передаются на опоры в заданном месте. Кроме того, опорные части обеспечивают поворот и смещение главных ферм (или балок) пролетного строения при их прогибе от действия подвижных нагрузок, а также продольные и поперечные смещения концов ферм (или балок), возникающие в результате температурных деформаций пролетного строения.
Одним из принципов рационального проектирования является принцип совмещения функций элементов конструкций. В современных конструкциях пролетных строений мостов этот принцип используется весьма широко. Так, плита или продольная балка проезжей части может выполнять и функции поясов главных ферм. Развитые в плиты пояса главных балок выполняют одновременно и функции верхних продольных связей. Конструкции с совмещением функции частей пролетных строений будут рассмотрены в последующих главах.
Опоры мостов воспринимают нагрузки и передают их на грунт через фундаменты или на воду (в наплавных мостах). Различают промежуточные и береговые опоры. Промежуточные опоры воспринимают нагрузки от веса пролетных строений, подвижной нагрузки, проходящей по ним, от навала судов, воздействия льда и ветра. Береговые опоры, кроме того, могут работать как подпорные стенки, воспринимая давление от насыпи подходов.
Конструктивное решение моста во многом зависит от ширины, глубины, скорости течения реки, вида грунтов на дне ее русла и поймы, условий ледохода, требований судоходства по реке. Существенное значение имеют и следующие расчетные уровни воды в реке (рис. 1.7): уровень высоких вод (УВВ)—наивысший уровень воды в реке в месте мостового перехода, который определяют по данным гидрометрических наблюдений; расчетный судоходный уровень (РСУ) — наивысший уровень в реке в судоходный период, который обычно несколько ниже УВВ; средний уровень воды в период между паводками называют уровнем меженных вод (УМВ) или уровнем межени.
В мостах применяют следующие основные определения и обозначения:
длина моста L — расстояние по оси моста между линиями, соединяющими внешние концы устоев, примыкающих к насыпи подходов;
отверстие моста L0 — горизонтальный размер между внутренними гранями устоев или конусами насыпи, измеренный при расчетном уровне высоких вод с исключением толщины промежуточных опор;
высота моста H —расстояние от поверхности проезжей части до уровня меженных вод;
свободная высота под мостом H0-расстояние между низом пролетных строений и уровнем высоких вод или расчетным судоходным уровнем (если есть судоходство);
высота опоры h0—расстояние от ее верха до грунта;
строительная высота пролетного строения h— расстояние от проезжей части до самых нижних частей пролетного строения;
расчетный пролет l - расстояние между осями опирания пролетного строения на смежных опорах;
ширина моста В - расстояние между перилами в свету;
ширина пролетного строения В0 - расстояние между осями крайних главных балок;
ширина проезжей части b - расстояние между внутренними гранями полос безопасности;
ширина ездового полотна Г — расстояние между ограждениями.
Основные параметры моста устанавливают в процессе его проектирования с учетом его назначения и местных условий.
Лекция №3. Классификация мостов по назначению, статической схеме, виду материала, расположение уровня проезда и пр. Виды мостовых сооружений по характеру пересекаемого препятствия.
Мосты классифицируют по следующим признакам: назначению типу опор и пролетных строений, виду материала, расположению уровня проезда, статической системе, обеспеченности в отношении пропуска высоких вод и ледохода, ширине проезжей части и длине моста.
По назначению различают мосты:
автодорожные - для всех видов транспорта, пропускаемого по автомобильным дорогам, и пешеходов;
железнодорожные — для железнодорожных поездов;
городские - для всех видов городского транспорта (автомобилей, троллейбусов, трамваев, метро) и пешеходов;
пешеходные — только для пешеходов;
совмещенные - для автомобилей и железнодорожных поездов;
специальные — для пропуска трубопроводов, кабелей и т. п.
По типу применяемых опор различают мосты:
на жестких опорах (рис. 1.8,а), передающих через фундаменты нагрузку от пролетных строений непосредственно грунту и характеризующихся отсутствием значительных осадок;
на плавучих опорах (рис. 1.8,б), передающих нагрузку воде (наплавные мосты на понтонах, баржах) и отличающихся значительными осадками.
По типу пролетного строения различают мосты:
неподвижные, в которых пролетное строение всегда занимает по отношению к опорам неизменное положение (рис. 1.7, 1.8а);
разводные, в которых для пропуска судов устраивают специальный разводной пролет (рис. 1.8, в) размерами, требуемыми для судоходства.
Рис. 1.8. Виды мостов по типу опор и пролетных строений
Разводные мосты применяют, когда невозможно или неэкономично поднять пролетное строение на высоту, достаточную для пропуска судов. Неизбежность перерывов в движении по разводным мостам является их существенным недостатком.
Рис. 1.9. Уровни расположения проезжей части мостов
По виду применяемых материалов различают деревянные, металлические, железобетонные, бетонные и каменные мосты. Определяющим при этой классификации является материал пролетного строения. Например, к металлическим мостам относятся мосты с металлическими пролетными строениями, у которых опоры могут быть из любых материалов. Каждый из материалов придает свои существенные особенности как конструкции моста, так и способам его возведения.
По уровню расположения проезжей части различают мосты с ездой: поверху, когда проезжая часть расположена по верху пролетных строений (рис. 1.9,а); понизу, когда проезжая часть находится на уровне низа пролетных строений (рис. 1.9,б); посередине, когда проезжая часть находится в средней по высоте части пролетного строения (рис. 1.9,в).
Необходимость классификации мостов по этому признаку определяется существенными различиями в их работе и во вписывании их в местность. Наличие в мостах с ездой понизу широко расставленных главных ферм усложняет устройство проезжей части и связей между фермами. Различие в отношении вписывания в местность обусловлено тем, что пролетные строения с ездой поверху имеют значительно большую высоту, чем пролетные строения с ездой понизу, так как в первом случае строительная высота определяется полной высотой, а во втором случае — только частью высоты пролетного строения.
Мосты с ездой посередине по своим конструктивным особенностям близки к мостам с ездой понизу.
Рис. 1.10. Основные системы мостов
Рис. 1.11. Виды мостов по характеру пересечения препятствия
По статической схеме главных несущих конструкций пролетных строений различают мосты:
балочных систем (разрезной — рис. 1.10,а, неразрезной и консольной), в пролетных строениях которых от вертикальных нагрузок возникают только вертикальные опорные реакции;
распорных систем (арочной — рис. 1.10,б, рамной — рис. 1.10,в, висячей —рис. 1.10,г), в которых при действии вертикальных нагрузок возникают наклонные опорные реакции, имеющие горизонтальную составляющую —распор;
комбинированных систем, в которых сочетаются системы первых двух групп, причем число таких сочетаний может быть большим.
По обеспеченности в отношении пропуска высоких вод и ледохода различают мосты:
высоководные для длительной нормальной эксплуатации и обеспечивающие пропуск паводковых вод и весеннего ледохода;
низководные для эксплуатации в течение ограниченного времени и не обеспечивающие пропуск высокой воды и весеннего ледохода.
По ширине проезжей части различают мосты, допускающие различное число полос движения: одной, двух, четырех, шести и восьми.
По характеру пересечения препятствия мосты могут быть прямыми, косыми и криволинейными. Ось прямого моста (рис. 1.11,а) перпендикулярна берегам реки и направлению течения, косого — пересекает их под углом (рис. 1.11,б), отличным от прямого, криволинейного — пересекает под переменным по его длине углом (рис. 1.11,в).
Мосты длиной L≤25 м считаются малыми, с длиной 25<L≤100 м — средними и длиной L>100 м —большими. Мосты длиной L<100 м, но с одним из пролетов более 60 м относятся к большим мостам.
Лекция №4. Требования к искусственным сооружениям и направления развития мостостроения.
К дорожным искусственным сооружениям предъявляются эксплуатационные, экономические, экологические, архитектурные и расчетно-конструктивные требования.
Эксплуатационные требования являются основными и сводятся к тому, чтобы сооружение обеспечивало безопасность и удобство движения по нему без снижения скорости в течение заданного срока эксплуатации. Для этого сооружение должно удовлетворять следующим требованиям:
иметь такую жесткость, чтобы деформации и перемещения при движении нагрузки не были чрезмерными, не расстраивали соединений и не отражались на безопасности движения;
иметь необходимую ширину проезжей части и тротуаров а зависимости от его назначения с учетом перспективы роста интенсивности движения;
иметь благоприятный для движения поперечный и продольный профиль;
быть долговечным, сконструированным из прочных материалов, мостовое полотно должно быть выполнено из износостойкого' материала и обеспечено надежным отводом воды;
обеспечивать безопасный пропуск паводков и ледохода, должно удовлетворять требованиям судоходства;
обеспечивать возможность его осмотра, ремонта и реконструкции.
Экономические требования сводятся к необходимости получения такого конструктивного решения, для которого при заданном сроке службы сооружения полная его стоимость, включая стоимость строительства, содержания, ремонта и возможной реконструкции, была бы минимальной. Роль экономических требований к сооружению в последние годы возрастает в связи с переходом на экономические методы управления. Для достижения эффекта очень важен учет местных ресурсов и возможностей (наличие заводов или значительных запасов строительных материалов, обеспеченность механизмами, техникой и обученными трудовыми ресурсами), а также общих народнохозяйственных возможностей и условий (наличие транспортных путей, возможность использования речного транспорта, вертолетов и т. п.).
Стоимость сооружения снижается при применении конструкций индустриального изготовления и механизированного возведения при высоких темпах строительства и хорошем качестве работ.
Экологические требования определяются интересами охраны окружающей среды. В последние годы вопросы охраны окружающей среды приобретают все большую остроту, в связи с этим ужесточаются требования к проектам переходов через водотоки. Основа проектных решений состоит в соблюдении принципа наименьшего вмешательства в природную среду.
Архитектурные требования сводятся к тому, чтобы форма сооружения соответствовала представлениям о красоте и гармонировала с окружающей местностью или городской застройкой. Обычно рационально спроектированные сооружения удовлетворяют эстетическим требованиям. В них каждый элемент сооружения подчеркивает его функциональное значение. Современная архитектура искусственных сооружений уделяет внимание простоте форм, исключая всякие украшения. Архитектурные требования очень важны для городских мостов, они в этом случае могут вступать в противоречие с экономическими требованиями, но никогда с эксплуатационными.
Расчетно-конструктивные требования связаны с тем, чтобы сооружение в целом и его отдельные элементы были рационально прочными, устойчивыми и жесткими. Удовлетворение этих требований является обязательным для всех конструктивных решений, имеющих различные экономические и архитектурные показатели.
Выполнение возрастающих объемов мостового строительства невозможно без резкого повышения его индустриализации.
Основные направления развития мостостроения следующие:
обеспечение максимально возможной комплексной механизации и автоматизации операций при строительстве мостов;
внедрение прогрессивной технологии производства работ, расширение области применения поточных методов организации строительства;
дальнейшая типизация и унификация мостовых конструкций по основным конструктивным параметрам;
увеличение доли сборных конструкций при строительстве мостов и путепроводов;
поиск наиболее рациональных и совершенных форм мостов, удовлетворяющих лучшим образом технологии строительства и обеспечивающих создание надежных конструкций;
применение более прочных и качественных строительных материалов для элементов мостовых конструкций.
Изготовление качественных мостовых конструкций в первую очередь зависит от состояния и возможностей производственной базы мостостроения, состоящей из сети заводов и полигонов.
Современная база мостостроения отстает от требований дальнейшего развития и совершенствования сети автомобильных дорог. Она не обеспечивает конструкциями постоянно возрастающие объемы мостостроения. В связи с этим необходимо усиление ее и рациональное размещение.
Важнейшими элементами индустриализации мостового строительства являются комплексная механизация и автоматизация всех процессов.
В настоящее время в мостостроении ряд процессов комплексно механизирован. Однако еще многие процессы при строительстве и ремонте мостов содержат большое число операций, выполняемых вручную, что объясняется недостаточной оснащенностью мостовых организаций средствами механизации.
Высшая степень комплексной механизации— автоматизация производства, предусматривающая полную замену ручного труда машинами с применением автоматических устройств — является очередной перспективой мостостроения.
Контрольные вопросы
1. Какие виды искусственных сооружений возводят на автомобильных дорогах? Каковы их отличительные особенности?
2. Какое назначение имеют основные элементы мостового перехода?
3. Какое назначение имеют основные элементы моста?
4. Какими основными параметрами характеризуется мост?
5. Как классифицируют мосты?
6. Какие требования предъявляют к искусственным сооружениям?
Какие основные направления и перспективы развития мостостроения?
Лекция №5. Основы проектирования мостов. Последовательность проектирования мостовых сооружений.
Мосты и другие искусственные сооружения обычно проектируются в составе автомобильной дороги. Отдельными объектами проектирования могут быть только мосты через большие реки.
Необходимость и очередность проектирования и строительства дорог и сооружений на них определяется схемами развития сетей автомобильных дорог, разрабатываемыми на перспективу 20 лет и уточняемыми через каждые 5 лет. В них обосновывается целесообразность и техническая возможность строительства новых или реконструкции существующих транспортных сооружений с учетом перспектив развития народного хозяйства и роста объемов перевозок грузов и пассажиров.
На основе этих схем в плановом порядке проектные организации разрабатывают технико-экономические обоснования (ТЭО) на строительство объектов со стоимостью более 30 млн. руб. или технико-экономические расчеты (ТЭР) на строительство объектов с меньшей стоимостью. В ТЭО и ТЭР уточняют очередность проектирования объектов на основе дополнительных экономических и инженерных изысканий.
При экономических изысканиях уточняют сведения о населении, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, торговле, состоянии и взаимодействии различных видов транспорта, собирают сведения об объемах и направлении перевозки грузов и пассажиров различными видами транспорта, непосредственно учитывают интенсивность движения автомобильного транспорта. На этой основе определяют существующую и перспективную интенсивность движения автомобильного транспорта по рассматриваемому мостовому переходу.
Инженерные изыскания на стадии ТЭО и ТЭР проводят в минимальных объемах с использованием геологических карт, материалов изысканий прошлых лет и данных гидрометеослужбы, чтобы на их основе обосновать длину моста и предварительно назначить его основные параметры.
На основе данных . экономических и инженерных изысканий при разработке ТЭО или ТЭР решают следующие вопросы:
по перспективной интенсивности движения определяют число полос движения на проектируемой дороге, назначают габариты мостов и путепроводов;
на основании технико-экономического сравнения вариантов определяют оптимальный вариант трассы дороги с учетом положения мостового перехода и транспортных пересечений;
намечают замысел технического решения перехода: его план и продольный профиль, длину подходов и схему моста, тип конструкции пролетных строений, опор, фундаментов для моста, тип земляного полотна и дорожной одежды на подходах;
намечают замысел решения по организации строительства. Определяют объемы основных строительно-монтажных работ, потребность в материальных и трудовых ресурсах, выявляют источники получения и способы транспортировки необходимых конструкций и материалов, определяют потребности в строительстве жилья и развитии производственной базы подрядной строительной организации, выделяют очереди строительства и определяют сроки строительства;
намечают замысел решения по охране природной среды; определяют расчетную стоимость строительства на основе укрупненных сметных нормативов или по данным «аналогичных
объектов;
определяют экономическую эффективность объекта и сравнивают ее с нормативами и аналогами;
определяют долевое участие в строительстве заинтересованных министерств и ведомств;
дают общую оценку экономической целесообразности проектирования и строительства сооружения;
определяют стадийность разработки проектно-сметной документации и приводят данные для составления задания на проектирование.
ТЭО и ТЭР проходят экспертизу, в ходе которой проверяют оптимальность и прогрессивность принятых технических решений,
после их утверждают заказчики. На основании утвержденных ТЭО и ТЭР составляют титульные списки строек и формируют планы выполнения проектно-изыскательских и строительно-монтажных работ.
Дальнейший порядок проектирования определен СНиП 1.02.01-85.
Для технически несложных объектов проектируют в одну стадию — рабочий проект. По крупным и технически сложным объектам проектируют в две стадии — проект и рабочая документация.
Стадийность разработки проектно-сметной документации и очередность строительства устанавливает заказчик в задании на проектирование в соответствии с утвержденным ТЭО и ТЭР.
В проектах (рабочих проектах) на основании материалов инженерных изысканий и вариантных проработок уточняют и детализируют технические решения и основные технико-экономические показатели, принятые в ТЭО или ТЭР. При этом более подробно рассматривают варианты конструкций фундаментов и опор мостов, пролетных строений и способов их монтажа, оптимизируют схемы сооружений и конструктивные решения по трассе подходов, уточняют объемы работ и расчетную стоимость строительства, больше внимания уделяют оптимизации принятых на предыдущей стадии основных технических решений на основе более достоверных исходных данных и результатов инженерных расчетов.
Проект мостового перехода состоит из следующих разделов:
1. Общая пояснительная записка. В ней приводят исходные данные для проектирования, краткая характеристика проектируемого объекта и условий строительства, особенности природных условий, обоснование выбора местоположения объекта, его технико-экономические и транспортно-эксплуатационные показатели и их сравнение с нормами и аналогами, данные по экономической эффективности капитальных вложений, использованных в проекте достижений науки и техники.
2. Строительные решения. В ,этом разделе приводят обоснование принятых в проекте технических решений по фундаментам, опорам, пролетным строениям моста (путепровода), земляному полотну и дорожной одежде подходов, пересечениям и примыканиям, охране окружающей среды, подготовке территории строительства. В нем также приводятся чертежи основных конструктивных элементов сооружения: план и продольный профиль трассы, общие виды мостов, путепроводов и их отдельных конструктивных элементов индивидуального проектирования, схемы вариантов мостов и транспортных развязок.
3. Организация строительства. В этом разделе обосновывают принятые в проекте способы и методы работ по сооружению опор, пролетных строений и других элементов моста, определяют
потребность в конструкциях, материалах, машинах, механизмах, трудовых ресурсах, электро- и водоснабжении. Приводят схемы выполнения основных строительно-монтажных работ, календарный график строительства, обоснование сроков и продолжительности строительства.
4. Сметная документация, состоящая из сметных расчетов и проекта договорной цены.
5. Паспорт проекта. Содержит основные сведения о проектируемом объекте.
Рабочий проект на строительство мостового перехода, кроме перечисленных выше разделов, включает чертежи, по которым непосредственно строят объект. Рабочий проект разрабатывают с использованием типовых конструкций пролетных строений и спор.
С учетом современных тенденций в строительстве (индустриализации его, унификации и стандартизации конструкций) при разработке проекта моста необходимо максимально применять типовые конструкции. Для выбора наиболее рациональной конструкции сооружения выполняют вариантное проектирование и проводят технико-экономическое сравнение вариантов. На стадии вариантного проектирования обычно проводят ориентировочные расчеты для выбора и обоснования основных параметров сооружения. В настоящее время расчеты при вариантном проектировании мостов целесообразно производить с применением ЭВМ. В памяти ЭВМ необходимо иметь данные о ранее построенных различных мостах и использовать их для выбора основных параметров нового моста и его технико-экономического обоснования.
Для большинства малых и средних мостов применяют типовые конструкции пролетных строений и опор. Они разработаны для различной ширины проезжей части и содержатся в альбомах. Альбомы содержат чертежи конструкций и сведения по расходу на них материалов. Задача проектирования в этом случае сводится к выбору наиболее рациональной типовой конструкции, соответствующей конкретным местным условиям: рельефу местности, возможностям изготовления, транспортировки и монтажа.
Проектирование мостов с применением разработанных типовых конструкций представляется возможным проводить также с широким использованием ЭВМ, если в память ЭВМ заранее ввести сведения о типовых элементах и возможных условиях их применения. По заданной программе ЭВМ может рассматривать заданное множество различных решений моста и выдать на печать наиболее рациональные из них. Форма выдачи информации и объем дополнительной работы по выбору окончательного варианта во многом зависят от возможностей ЭВМ и качества программы.
Лекция №6. Габариты приближения конструкций при проектировании мостовых сооружений. Назначение ширины пролетных строений моста.
Ширину моста и других искусственных сооружений устанавливают на стадии ТЭО (ТЭР) в зависимости от интенсивности автомобильного и пешеходного движения по дороге. Ширина моста включает ширину проезжей части (в узком смысле этого понятия), полос безопасности, разделительной полосы, тротуаров и ограждений. Размеры всех этих элементов назначают с учетом требований стандартных габаритов. Габарит моста, называемый также габаритом приближения конструкций, — это контур в плоскости, перпендикулярной оси проезжей части, внутрь которого не должны заходить никакие элементы сооружения или расположенные на нем устройства.
Габариты мостов на автомобильных дорогах и в городах обозначают буквой Г и числом, равным расстоянию в метрах между ограждениями. Их назначают в зависимости от категории автомобильной дорога, на которой расположены мосты, числа полос движения п и ширины одной полосы движения (табл. 2.1). Схемы габаритов при разных условиях приведены на рис. 2.1. При наличии разделительной полосы к обозначению габарита добавляют ее ширину, обозначаемую буквой С. В нее входят прилегающие к ней предохранительные полосы (рис. 2.1,б).
Ширина проезжей части nb равна произведению числа полос п движения на ширину одной полосы Ь = 3÷3,75 м.
По краям проезжей части располагают предохранительные полосы шириной П, за ними размещают ограждения безопасности или бордюры. Тротуары шириной Т и высотой прохода не менее 2,5 м могут примыкать к проезжей части (рис. 2.1, а) слева или быть отдельными от нее (рис. 2.1, с справа).
Ширину С разделительной полосы (см. рис. 2.1,б) принимают такой же, как на подходящей к мосту дороге или улице. На больших мостах разрешается уменьшать ширину С не менее чем до 2 м. Если мост имеет два раздельных пролетных строения или на разделительной полосе установлены ограждения безопасности, то габарит моста составляют из двух отдельных габаритов (рис. 2.1, в) и обозначают 2Г. Такие же габариты применяют для автомобильных дорог или улиц, проходящих под путепроводами, если на их разделительной полосе располагается опора.
Рис. 2.1. Габариты мостов.
Высоту H габарита моста над поверхностью покрытия на автомобильных дорогах I—III категорий и в городах принимают равной 5 м, на дорогах IV и V категорий — 4,5 м. На автомобильных дорогах промышленных предприятий Ш-П и IV-П категорий высоту габарита назначают не менее высоты расчетных автомобилей плюс 1 м, но не менее 5 м.
Для пропуска трамвайных путей по городским мостам или путепроводам выделяют полосу шириной 7,5 м. При втопленных в проезжую часть рельсах (рис. 2.1, г) полосу не защищают предохранительными полосами, а высоту габарита на ней принимают такой же, как для всего сооружения. При невтопленных в проезжую часть рельсах (рис. 2.1,д) полосу трамвайного движения защищают предохранительными полосами с одной или двух сторон в зависимости от ее расположения на проезжей части. Высоту габарита Н в этом случае отсчитывают от верха головки рельса (Н ≥4,6).
Ширину проезжей части разрешается увеличивать за счет уменьшения ширины предохранительных полос на участках переходно-скоростных полос, участках примыкания и ответвления эстакад, съездах и въездах пересечений в разных уровнях, мостах с дополнительной полосой движения на подъеме. Во всех этих случаях ширина предохранительной полосы должна быть не менее 1 м на дорогах I—III и Ш-П категорий и не менее 0,75 м на дорогах IV и IV-П категорий и городских улицах. Габарит эстакад и путепроводов с однополосным проездом должен быть не менее Г- 6,5.
Ширину тротуаров назначают по расчету в зависимости от расчетной интенсивности движения пешеходов в час «пик». При этом среднюю расчетную пропускную способность 1 м ширины тротуара принимают 2000 чел/ч. Ширину многополосных тротуаров назначают кратной 0,75 м. Для однополосных тротуаров принимают Т=1м. На городских эстакадах и мостах грузовых дорог, изолированных от пешеходного движения, а также на автодорожных мостах при интенсивности движения менее 200 пешеходов в 1 сут вместо тротуаров устраивают служебные проходы шириной 0,75 м, а на мостах с габаритом Г-4,5 — шириной Г= 0,5 м.
Таблица 2.1.
Примечание. В числителе указаны габариты мостов, не имеющих ограждений на разделительной полосе, в знаменателе — при наличии ограждений или при раздельных пролетных строениях под каждое направление движения.
Лекция №7. Судоходные требования и подмостовые габариты. Габариты под эстакадами и путепроводами. Обоснование размеров пролетов моста.
Судоходные требования и подмостовые габариты. В мостах через многоводные реки различают две характерные части: речную, расположенную над основным руслом, и пойменную, перекрывающую участки, затапливаемые высокими водами. Пролеты для пропуска судов располагают в основном русле над судовым ходом (фарватером) реки так, чтобы опоры моста не стесняли движения судов. Количество и размер судоходных пролетов определяются требованиями судоходства в виде специально разработанных подмостовых габаритов.
Рис. 2.2. Подмостовые габариты
Подмостовым судоходным габаритом называют минимальные предельные поперечные очертания пространства под пролетным строением моста, которое должно оставаться свободным для беспрепятственного пропуска судов и плотов. Внутрь этого габарита не должны вдаваться никакие элементы моста и расположенные на нем устройства, включая навигационные знаки.
В зависимости от глубины судового хода водного пути на реках все они разделены на семь классов и для каждого из них установлены подмостовые габариты (табл. 2.2).
Очертания и размеры подмостовых габаритов судоходных неразводных и разводных пролетов мостов в зависимости от класса внутреннего водного пути должны соответствовать указанным в табл. 2.2 и на рис. 2.2. При этом надводную высоту подмостового габарита h следует отсчитывать от расчетного (высокого) судоходного уровня (РСУ), а гарантированную глубину судового хода d — от наинизшего (меженного) судоходного уровня воды (НСУ). Если по гарантированным и средненавигационным глубинам судового хода участок водного пути относится к разным классам, то его следует относить к более высокому из этих классов.
Таблица 2.2.
Очертание подмостового габарита должно быть прямоугольным (см. рис. 2.2, контур ABCD). На водных путях I—IV классов для неразводных пролетов мостов с криволинейным очертанием нижнего пояса пролетных строений, располагаемых в стесненных условиях (в пределах городов и подходов к ним, вблизи транспортных узлов, на автомобильных дорогах с развязками на берегах), допускается принимать очертание подмостового габарита по контуру AEFKLD (см. рис. 2.2).
Неразводные мосты проектируют не менее чем с двумя судоходными пролетами: основным — для низового направления движения судов, судовых и плотовых составов; смежным — для взводного направления.
Если ширина водного пути с гарантированными глубинами недостаточна для размещения двух судоходных пролетов, то предусматривают один судоходный пролет. В разводных мостах также необходим один судоходный пролет.
В мостах через несудоходные реки, в несудоходных пролетах судоходных рек возвышение низа пролетных строений над расчетным уровнем с учетом подпора должно быть не менее 0,5 м, а над уровнем наивысшего ледохода — не менее 0,75 м. При наличии на реке карчехода или селевых потоков возвышение низа пролетных строений принимают не менее 1 м.
В деревянных мостах нижние элементы конструкции пролетного строения должны возвышаться над РУВ не менее чем на 0,25 м, а над уровнем ледохода — не менее чем на 0,75 м.
При устройстве путепроводов через автомобильные дороги или городские улицы необходимо соблюдать габариты пропускаемой под путепроводом дороги. Для путепроводов над железнодорожными путями необходимо под ними вписывать железнодорожный габарит приближения строений.
Для пропуска под автомобильной дорогой местных дорог наименьшее отверстие должно составлять 6 м в ширину и 4,5 м в высоту, а для скотопрогонов — соответственно 4 и 2,5 м.
Расчетные пролеты или полную длину пролетных строений автодорожных и городских мостов рекомендуется назначать с соблюдением принципа модульности и унификации в строительстве равными 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, а при больших пролетах-—кратными 21 м. Приведенным размерам соответствуют в основном расчетные пролеты. Исключение составляют разрезные пролетные строения, для которых приведенные размеры соответствуют полной длине пролетных строений: до 42 м — из железобетона, до 33 м —из других материалов.
Длину пролетов моста определяют на основе совместного учета требований экономичности и унификации пролетных строений, судоходства, а также пропуска ледохода и высоких вод.
Рассмотрим влияние длины пролета моста на стоимость его 1 м. Стоимость материала на одну опору можно представить формулой
С1 = С01 + βi,
где второй член выражает зависимость стоимости опоры от пролета l моста, а первый член С01 — часть стоимости опоры, не зависящей от пролета.
Значения C01 и β можно получить по данным существующих проектов.
Стоимость 1 м пролетного строения складывается из стоимости несущих конструкций и стоимости проезжей части. Стоимость 1 м проезжей части Спч не зависит от величины пролета, стоимость 1 м несущих конструкций Снк пропорциональна их пролету. Тогда стоимость 1 м пролетного строения может быть представлена формулой
С2 = Спч + Снк = Спч + αl,
Стоимость 1 м моста
С = С1 + С2 = (С01 + βl)/ l + Спч + αl.
Находим
αl2 = Co. (2.1)
Формула (2.1) показывает, что наименьшая стоимость 1 м моста обеспечивается при равенстве основной стоимости промежуточных опор стоимости пролетных строений без стоимости проезжей части. Поэтому чем дороже опоры, т. е. чем выше тело опоры и глубже заложено основание, тем больше размеры экономичных пролетов.
Пределы изменения длины экономичных пролетов ограничиваются судоходными габаритами и типовыми длинами пролетных строений. Если судоходный пролет больше экономически целесообразного, то удовлетворяется требование судоходства. Поэтому при пересечении судоходных рек длины двух пролетов на главном русле в большинстве случаев определяются условиями судоходства. Изменять можно только боковые пролеты (вне фарватера) главного русла и пойменные. Боковые пролеты в главном русле часто назначают такими же, что и судоходные, из-за изменчивости фарватера и по соображениям типизации. При назначении пойменных пролетов необходимо ориентироваться на указанные выше стандартные длины и сокращать число их типоразмеров, несмотря на то, что на пойменных участках высота и стоимость опор может изменяться по длине поймы.
Таблица 2.3.
На реках с весьма мощным ледоходом, а также для временных мостов длина пролетов может определяться условиями пропуска ледохода. Длина пролета, необходимая для пропуска ледохода, устанавливается в зависимости от интенсивности и скорости ледохода.
Интенсивность ледохода характеризуется размерами льдин, толщиной льда, продолжительностью ледохода и возможностью образования заторов льда. Различают слабый, средний и сильный ледоход (табл. 2.3.).
Наибольшие скорости ледохода обычно бывают на главном русле, что требует применения там больших пролетов. На пойме, где скорости ледохода, как правило, меньше, пролеты могут быть уменьшены. В табл. 2.4 приведены наименьшие пролеты, обеспечивающие нормальный пропуск ледохода под мостом.
При проектировании мостовых переходов пролеты моста на главном русле и поймах назначают такими, чтобы они обеспечивали пропуск под мостом высоких вод без опасного размыва опор.
Пролеты на главном русле и поймах, принятые по условиям пропуска судоходства, высоких вод и ледохода, а также по трудоемкости и стоимости, могут быть уточнены и несколько увеличены по соображениям типизации.
Таблица 2.4.
Итак, пролеты мостов нельзя назначать любыми, их выбирают из определенного ряда значений. Следует также иметь в виду, что длина пролета зависит от системы моста, хотя и длина пролета часто определяет его систему.
Лекция №8. Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов. Сочетания нагрузок. Динамический коэффициент.
Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов, делят на постоянные и временные. К основным постоянным нагрузкам относят собственный вес пролетных строений и опор, силы предварительного натяжения, давление от веса грунта на устои.
К основным временным относят нагрузки от проходящих по мосту транспортных средств и пешеходов: вертикальные подвижные нагрузки, горизонтальные поперечные нагрузки от центробежной силы и боковых ударов подвижной нагрузки, горизонтальные продольные нагрузки от торможения подвижной нагрузки, давление грунта от подвижного состава.
Кроме основных видов нагрузки, на мосты могут оказывать действие прочие нагрузки: ветровые, ледовые, от навала судов, строительные, сейсмические, от воздействия температуры среды и морозного пучения грунтов.
При расчете мостов нагрузки учитывают в различных возможных их сочетаниях. Основными сочетаниями считают одновременное действие постоянной нагрузки, временной подвижной вертикальной нагрузки, давления грунта, вызванного временной нагрузкой, центробежной силы. Дополнительными называют сочетания, при которых одновременно с одной или несколькими нагрузками основных сочетаний действует также одна или несколько остальных видов нагрузок, кроме сейсмических и строительных. Особыми называют сочетания, включающие сейсмические или строительные нагрузки, совместно с другими нагрузками.
Нормативную временную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах и улицах принимают от автомобильных средств класса К, тяжелых одиночных колесных и гусеничных нагрузок, подвижного состава метрополитена, трамваев и пешеходов.
Нагрузку от автомобильных средств принимают в виде полос АК (рис. 2.3,а), каждая из которых включает одну двухосную тележку с нагрузкой на ось Р, равной 9,81 К, кН и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью v (на обе колеи), равной 0,98 К, кН/м. Усилие от колеса тележки распределяют по площадке со сторонами 0,2 м вдоль движения и 0,6 м поперек движения тележки.
Каждая полоса распределенной нагрузки имеет интенсивность 0,5v и в поперечном направлении распределена на ширине 0,6 м.
Рис.2.3.Схемы временных нагрузок для автодорожных и городских мостов
Давление на единицу площади в полосе загружения составляет 0,5v/0,6=0,833 v.
Класс нагрузки принимают равным АИ для мостов и труб на автомобильных дорогах I—III категорий и в городах, а также для больших мостов (кроме деревянных) на дорогах IV и V категорий. Для средних и малых мостов и труб на дорогах IV и V категорий принимают нагрузку класса А8. Элементы проезжей части мостов, проектируемые под нагрузку А8, проверяют на усилие от одиночной оси, равное 108 кН (рис. 2.3,б).
На каждой полосе нагрузки АК устанавливают только одну тележку в самое неблагоприятное положение по длине загружения независимо от числа участков загружения. Равномерно распределенную нагрузку устанавливают на всех участках линий влияния одного знака. Число полос нагрузки, размещаемых на проезжей части, не должно превышать установленного числа полос движения. Расстояние между осями смежных полос нагрузки должно быть не менее 3 м.
Рекомендуется рассматривать два случая воздействия нагрузки АК: первый предусматривает невыгодное размещение на проезжей части числа полос нагрузки, не превышающего число полос движения; второй предусматривает при незагруженных тротуарах невыгодное размещение на всей ширине ездового полотна (в которое входят полосы безопасности) двух полос нагрузки, а на однополосных мостах — одной полосы нагрузки. При этом оси крайних полос нагрузки АК должны быть расположены не ближе 1,5 м от кромки проезжей части в первом случае и от ограждения ездового полотна во втором случае.
При расчете конструкций мостов на действие нескольких полос нагрузки АК самую неблагоприятно расположенную из них принимают с коэффициентом S1=l. С остальных полос нагрузки принимают с коэффициентами S1=l для тележек и S1=0,6 для равномерно распределенной нагрузки. Коэффициент S1 учитывает уменьшение вероятности одновременного полного загружения полос при большом их числе.
Кроме автомобильной нагрузки, по мостам пропускают особо тяжелые одиночные грузы — трейлеры, тягачи, тракторы и специальные виды техники. Поэтому конструкции проверяют на пропуск одиночных тяжелых колесных и гусеничных нагрузок. Мосты, рассчитываемые на нагрузку АИ, проверяют на действие одного тяжелого трейлера НК-80 (рис. 2.3, в) весом 785 кН, а мосты под нагрузку А8 —иа действие одной гусеничной нагрузки НГ-60 весом 588 кН (рис. 2.3,г). В поперечном направлении нагрузку НК-80 или НГ-60 располагают на проезжей части в любом наиболее неблагоприятном положении, но край колеса или гусеницы не должен выступать за ее пределы.
Городские мосты, имеющие пути метрополитена или трамвая на специально выделенном полотне, проверяют на действие нормативных нагрузок от поездов метро или трамвая (см. п. 2.12 СНиП 2.05.03-84). Мосты, расположенные на дорогах промышленных предприятий, проверяют на специальные автомобильные нагрузки, соответствующие реально обращающимся грузовым автомобилям (см. п. 2.13 СНиП 2.05.03-84).
Вертикальную нагрузку на тротуары и пешеходные мосты принимают в виде толпы людей. При расчете мостов, имеющих тротуары, ее учитывают вместе с нагрузкой АК. При пропуске одиночных нагрузок НК-80 и НГ-60 тротуары не загружают.
Нормативную нагрузку от толпы людей на пешеходных мостах принимают вертикальной и равномерно распределенной по всей поверхности прохода с интенсивностью Р=3,92 кПа. Для тротуаров эту нагрузку в кПа принимают по формуле Р = 3,92 —0,0196λ > 1,96 кПа, где λ - длина загружения линии влияния, м.
Тротуары городских мостов, кроме того, проверяют на сосредоточенную силу 19,6 кН с площадкой распределения 15х10 см, а для остальных мостов — на вертикальную силу 3,4 кН.
Нормативное давление грунта от подвижного состава при расчете труб учитывают в соответствии с п. 2.17 СНиП 2.05.03-84.
При расположении сооружений на горизонтальных кривых радиусом 600 м и менее учитывают горизонтальную поперечную нагрузку, возникающую от центробежных сил, вызванных движением временной нагрузки по кривой. Значение центробежной силы зависит от радиуса горизонтальной кривой, класса временной вертикальной нагрузки, числа полос движения и длины загружения. Центробежную силу от нагрузки АК принимают в виде горизонтальной равномерно распределенной нагрузки vh, приложенной на высоте 1,5 м над поверхностью проезжей части моста и направленной в сторону выпуклости кривой. При многополосном движении горизонтальную нагрузку учитывают с коэффициентом S1, при этом со всех полос движения, кроме одной, загружаемых нагрузкой АК, принимают с коэффициентом S1=0,6.
Величину vh, для мостов при радиусе кривых 250 м и менее принимают пи формуле
vh=P*K/λ,
а свыше 250 м (до 600 м) — по формуле
vh=M*K/λ*r,
где Р - сила, равная 4,4 кН; М- момент, равный 1079 кН•м; r - радиус кривой, м.
Во всех случаях величина vh должна быть не менее 12,7*K/r, кН/м, и более 0,49К, кН/м.
Горизонтальные поперечные воздействия временной нагрузки возникают при отклонении автомобилей от прямолинейного направления в плане. Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от возникающих ударов принимают в виде равномерно распределенной нагрузки, равной 0,39 К, кН/м, или сосредоточенной силы, равной 5,9К, кН, приложенных в уровне верха покрытия проезжей части, где К — класс нагрузки АК.
Расчет элементов ограждения проезжей части производят на нагрузки, приведенные в п. 2.19 СНиП 2.05.03-84.
Горизонтальную распределенную нагрузку на сооружение, возникающую при торможении подвижной нагрузки и действующую вдоль его оси, принимают только от равномерно распределенной части вертикальной нагрузки АК в соответствии с п. 2.20 СНиП 2.05.03-84.
Указания о назначении нормативных значений прочих временных нагрузок и воздействий (ветровых, ледовых, от навала судов, температурных, сейсмических) приведены в пп. 2.24—2.31 СНиП 2.05.03-84.
Все рассмотренные нормативные временные вертикальные нагрузки, являясь подвижными, воздействуют на мост динамически и вызывают в нем усилия и деформации большие, чем при статических нагрузках.
Особенности работы пролетных строений мостов под динамическими нагрузками по сравнению со статической работой определяются влиянием трех основных факторов: 1—скорости движения транспортного средства, 2 —жесткости подрессоривания кузова транспортного средства, 3 — 'Неровности на поверхности ездового полотна и дефекты в колесах подвижной нагрузки.
Первый фактор — скорость движения — проявляется даже при отсутствии любых дефектов на проезжей части и в самой нагрузке, так .как перемещение нагрузки с некоторой скоростью приводит к возникновению инерционных сил, отсутствующих при статическом действии нагрузки, и образованию колебаний, увеличивающих прогибы по сравнению со статическими. Однако в этих идеальных условиях отношение наибольшего динамического прогиба к соответствующему статическому, называемое динамическим коэффициентом, при реальных скоростях движения подвижных нагрузок оказывается незначительным.
Второй фактор оказывает более существенное влияние. При движении автомобиля происходят колебания его кузова, что приводит к изменению нагрузки на ось с периодом, равным периоду колебаний кузова, зависящим от жесткости его подрессоривания. Динамическое воздействие возрастает при приближении периода колебаний кузова к периоду колебаний пролетного строения и может иметь резонансный характер при их совпадении.
Третий фактор — ударные воздействия, возникающие из-за дефектов ездового полотна или в самой подвижной нагрузке. Дефекты в ездовом полотне вызывают непериодическое воздействие, дефекты на колесах транспортных средств могут вызывать ритмичный характер воздействия, что приводит к возникновению колебаний резонансного характера.
Учет динамического воздействия подвижных нагрузок в мостах производится путем увеличения статических нагрузок на величину динамических коэффициентов, получаемых на основе анализа массовых динамических испытаний эксплуатируемых мостов. Динамический коэффициент уменьшается при увеличении пролета. Формулы для динамических коэффициентов к нагрузкам от подвижного состава автомобильных и городских дорог приведены в п. 2.22 СНиП 2.05.03-84.
Лекция №9. Общие сведения о методах расчета мостовых сооружений. Группы предельных состояний. Коэффициенты надежности. Нормативные и расчетные нагрузки.
Группы предельных состояний. Необходимость выполнения расчетов у инженера-мостовика возникает при выполнении следующих задач:
а) определении необходимых размеров элементов создаваемой конструкции для пропуска заданной нагрузки — задача проектирования конструкции;
б) определении возможности пропуска заданной нагрузки по имеющейся конструкции -задача проверки прочности элементов конструкции;
в) определении предельно возможного значения нагрузки при заданной ее схеме на имеющуюся конструкцию — задача определения грузоподъемности конструкции.
Мосты и другие искусственные сооружения рассчитывают по методу предельных состояний, созданному учеными под руководством профессоров Н. С. Стрелецкого, А. А. Гвоздева, В. М. Келдыша, Г. Г. Карлсена, Г. К. Евграфова.
Под предельными понимают состояния, при которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней в процессе эксплуатации требованиям, заданным в соответствии с назначением и ответственностью сооружения. Различают две группы предельных состояний:
первая — по несущей способности или непригодности к эксплуатации;
вторая — по непригодности к нормальной эксплуатации.
К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы сооружения, потеря устойчивости ее положения; вязкое, хрупкое, усталостное или иного характера разрушение; разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятного влияния внешней среды; резонансные колебания, приводящие к невозможности эксплуатации.
К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие долговечность их вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний, трещин.
Нормальной считается эксплуатация, осуществляемая без ограничений и без внеочередного ремонта в соответствии с условиями, предусмотренными в задании на проектирование.
Расчет конструкций должен гарантировать их от возможности наступления любого из двух групп предельных состояний.
Для любого элемента конструкции любое из первой группы предельное состояние не наступает, если наибольшее возможное усилие в элементе Nmax не будет превосходить наименьшее значение его несущей способности Фmin:
Nmax ≤ Фmin (2.2)
Левая часть неравенства (2.2) зависит от нагрузки, действующей на конструкцию, расчетной схемы и размеров конструкции, а правая часть—от прочности материала, формы и геометрических размеров поперечного сечения элемента конструкции.
Нагрузки, действующие на конструкцию, характеристики прочности материала, из которого изготовлена конструкция, геометрические размеры элементов конструкции не являются строго определенными величинами, им свойственна статистическая изменчивость.
Степень их изменчивости наиболее полно оценивается кривыми распределения (рис. 2.4). Ось ординат — число случаев (частота), при которых наблюдались данная нагрузка или прочность, которые отложены по оси абсцисс. При определенной частоте рассматриваемая величина имеет некоторое среднее значение. От этого среднего значения имеются отклонения как к большим, так и к меньшим значениям этих величин. По характеру кривой судят о степени изменчивости рассматриваемых величин: если кривая вытянута вдоль оси ординат (кривая 1), то величина обладает малой изменчивостью, если кривая пологая (кривая 2), то рассматриваемая величина имеет большую изменчивость.
Статистический характер значений прочности материалов и нагрузок на сооружения учитывается на основе анализа соответствующих кривых распределения путем введения нормативных и расчетных их значений.
Нормативные значения временных нагрузок на мосты устанавливаются СНиП 2.05.03-84. Они были рассмотрены выше. Для постоянных нагрузок они принимаются по проектным размерам конструкции и средним значениям удельного веса материала. Действительная постоянная, а тем более, временная нагрузка может оказаться иной, чем принятая нормативная нагрузка. Расчетные нагрузки Р определяют умножением нормативной нагрузки Р на коэффициент надежности по нагрузке γf, учитывающий возможные отклонения нагрузки в неблагоприятную сторону (большую или меньшую):
Р = Pn γf.
Коэффициент надежности по нагрузке у/ при расчете мостов устанавливается СНиП 2.05.03-84 с учетом ее изменчивости (для постоянных нагрузок в п. 2.10, для временных нагрузок в п. 2.23, для прочих временных нагрузок в п. 2.32).
При одновременном действии нескольких расчетных нагрузок расчет -производят с учетом их неблагоприятных сочетаний. Коэффициенты сочетаний ц, учитывающие уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок, принимают по справочному приложению 2 СНиП 2.05.03-84.
Расчет по первой группе предельных состояний производят на действие расчетных нагрузок, а по второй - на действие нормативных нагрузок, т.е. при γf =1.
Нормативные и расчетные сопротивления материалов. Механические свойства материалов также статистически изменчивы. Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления Rn , устанавливаемые нормами проектирования.
Значение нормативного сопротивления может равняться значению контрольной или браковочной характеристики, устанавливаемой стандартами. Обеспеченность значений нормативных сопротивлении должна быть не менее 0,95. Это значит, что не менее 95% испытанных образцов имеют сопротивление не менее, чем Rn..
При испытании партии стандартных образцов материалов наблюдается статистическая изменчивость значений их прочности: «1 образцов могут иметь прочность R1, n2 образцов — прочность R2, ..., nk — Rk..
Общее число образцов n = n1+n2+…+nk. Откладывая (рис. 2.5) по оси абсцисс значения R4, R2, ..., Rk, а по оси ординат соответствующие значения n1, n2,…,nk получают гистограмму (линия 1), которая аппроксимируется теоретическими кривыми распределения (линия 2). По данным испытаний определяют среднее значение сопротивления и среднее квадратичное отклонение, называемое стандартом.
Коэффициент х принимают из условия удовлетворения обеспеченности не менее 0,95.
Расчетное сопротивление R материалов определяют для каждого вида напряженного состояния делением соответствующего нормативного сопротивления Rn на коэффициент надежности по материалу уm > 1:
R = Rn/γm.
Коэффициент надежности по материалу учитывает снижение прочности материала ib элементах реальных размеров, отличных от размеров стандартных образцов.
Есть факторы, которые не учитывают непосредственно в расчетах и при назначении расчетных характеристик материалов, но они способны повлиять на несущую способность или деформативность конструкций. Это воздействие солнечной радиации, попеременного замораживания и оттаивания, влажности и агрессивности среды, длительности действия нагрузки, приближенности расчетных схем и принятых расчетных предпосылок. Их влияние учитывают коэффициентами условий работы.
Лекция №10. Материалы и изделия для железобетонных мостов. Требования к бетону. Арматура для железобетонных мостов.
Требования к бетону для железобетонных мостов. Мосты эксплуатируются в сложных условиях. Они находятся под воздействием тяжелых подвижных нагрузок, их несущие конструкции не принято защищать от разнообразного атмосферного воздействия: колебаний температуры, влажности, вредных газов; их опоры находятся под активным воздействием ледохода, карчехода и изменяющегося в течение года уровня воды в реке. Сложные условия работы мостов, а также условия производства работ при их строительстве определяют к материалам и изделиям для мостов ряд требований.
К бетону, применяемому в железобетонных мостах, предъявляются следующие требования: высокая прочность, водо- и газонепроницаемость, морозостойкость, химическая стойкость, необходимые сроки твердения, удобоукладываемость, умеренная усадка и ползучесть.
Показателем прочности бетона является класс бетона по прочности на осевое сжатие В — временное сопротивление сжатию в МПа бетонных кубов с размерами ребра 15 см, испытанных в возрасте 28 сут после хранения их во влажной среде при температуре t=20±2°С. Для конструкций мостов и труб применяют бетоны следующих классов прочности на сжатие В20, В25, ВЗО, В35, В40, В45, В50, В55 и В60. В зависимости от вида и назначения конструкций, способов их армирования и условий их работы применяют в них бетон различных классов (в соответствии с рекомендациями табл. 21 СНиП 2.05.03-84).
В несущих, особенно предварительно напряженных, конструкциях мостов рекомендуется применять бетон высоких классов прочности. Для их получения используются следующие пути:
применение цементов высокой активности (активность применяемого цемента обычно в 1,3—1,8 раза более проектного класса бетона по прочности на сжатие);
рациональное увеличение норм расхода цемента (на 1 м3 бетона не менее 250 кг и не более 450 кг цемента, большие расходы цемента увеличивают деформации усадки и ползучести бетона, что приводит к образованию в нем трещин);
уменьшение водоцементного отношения;
применение прочных заполнителей, промывка их с целью удаления глинистых и илистых частиц, ухудшающих сцепление цементного камня с заполнителем;
подбор заполнителей по оптимальному гранулометрическому составу -песка и щебня, обеспечивающему возможно более полное заполнение объема минеральными и уменьшение содержания цементного камня, имеющего меньшую прочность, чем прочность минеральных.
Стойкость бетона против внешних воздействий, водо- и газонепроницаемость обеспечиваются созданием его плотности, измеряемой в кг/м3. Необходимая плотность бетона обеспечивается его вибрированием. В конструкциях мостов и труб предусматривается применение тяжелого бетона со средней плотностью от 2200 до 2500 кг/м3. Применение бетона с меньшей плотностью допускается лишь в опытных конструкциях.
Морозостойкость бетона характеризуется маркой F — наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдержать образцы 28-суточного возраста без снижения прочности более чем на 15%. Марки бетона по морозостойкости для мостов и труб в зависимости от климатических условий зоны строительства, расположения относительно воды и вида конструкции принимают в пределах от 100 до 400 по табл. 22 СНиП 2.05.03-84. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца (умеренные — при t>—10 °С, суровые — при t от —10 до — 20 °С, особо суровые — при t ниже — 20 °С). Морозстойкость бетона повышают введением в него воздухововлекающих добавок, которые создают мелкие поры, обеспечивающие свободное расширение воды при ее замерзании в теле бетона.
Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует давлению воды (в МПа), при котором еще не наблюдается ее просачивание через образец бетона высотой 15 см в возрасте 28 сут, испытанного по специальному режиму. Эта марка должна быть не ниже W4 в подводных и подземных частях и не ниже W6 в водопропускных трубах, элементах дорожной одежды проезжей части и пере-ходных плитах.
Химическая стойкость бетона во многом зависит от его плотности и вида применяемого цемента. В железобетонных мостах применяют бетон на портландцементе, сульфатостойком портландцементе и глиноземистом цементе. Портландцемент используют для наиболее ответственных сооружений. Сульфатостойкий портландцемент и глиноземистый цемент используют в конструкциях, которые могут подвергаться действию морской, минерализованной и болотной воды или другим агрессивным химическим воздействиям, вредно действующим на портландцемент.
Сроки и интенсивность твердения бетона и приобретение им необходимой прочности важны для ускорения производства работ. Цементы с обычной тонкостью помола обеспечивают в возрасте 3 сут около 50% прочности, тонкомолотые быстротвердеющие цементы позволяют получить в возрасте 1 сут 40—50% проектной прочности, однако при их использовании увеличивается усадка бетона и снижается его морозостойкость. Ускорение твердения и набора прочности цемента лучше обеспечивать равномерным пропариванием бетона в камерах с последующим постепенным его охлаждением.
Подвижность бетонной смеси очень важна для получения плотного бетона. Она увеличивается с увеличением В/Ц, но это снижает прочность бетона. Для мостов применяют бетонные смеси с 'водоцементным отношением не более 0,6. При уплотнении бетонной смеси длительным вибрированием могут применяться жесткие смеси с В/Ц=0,3. Увеличение подвижности бетонной смеси при укладке достигается также введением в нее различных пластификаторов. Имеются пластификаторы, которые превращают бетон с низким водоцементным отношением в весьма sподвижную смесь.
Усадка — свойство бетона уменьшать размеры в процессе твердения и последующего высыхания. Неравномерная усадка бетона приводит к появлению в нем трещин и дополнительных усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях. Уменьшения усадочных деформаций достигают сокращением содержания цемента и воды в бетоне, а также постановкой противоусадочной арматуры.
Ползучесть бетона — способность медленно деформироваться под постоянной нагрузкой. Она приводит к падению усилий в напряженной арматуре и перераспределению внутренних усилий в статически неопределимых конструкциях.
Наряду с обычным тяжелым бетоном в опытных конструкциях допускается применять легкий бетон с заполнителем из керамзита или других материалов. Средняя плотность таких бетонов составляет около 1800 кг/м3. Перспективен также бетон с полимерными добавками, позволяющими значительно повысить водонепроницаемость и сопротивление растяжению бетона. Представляет интерес также фибробетон, прочность на растяжение которого в 2—3 раза выше, чем обычного бетона.
Арматура для железобетонных мостов. Марки стали для арматуры железобетонных мостов и труб, устанавливаемой по расчету, принимаются по табл. 29 СНиП 2.05.03-84 в зависимости от условий работы элементов конструкций и средней температуры наружного воздуха наиболее холодной пятидневки в районе строительства. Нормами предусмотрено применение в железобетонных мостах следующих арматурных сталей:
горячекатаных гладких круглых стержней класса A-I; горячекатаных стержней 'периодического профиля классов A-II, A-III, A-IV, A-V;
термически упрочненных стержней периодического профиля классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI;
высокопрочной холоднотянутой гладкой проволоки класса В-П;
высокопрочной холоднотянутой проволоки периодического профиля класса Вр-П;
арматурных канатов из высокопрочной проволоки класса К-7 в виде семипроволочных прядей;
канатов спиральных, двойной свивки и закрытых.
Стержни классов от A-I до A-III применяют в конструкциях в качестве ненапрягаемой арматуры. Стержни классов A-IV, A-V, Ат-IV, Ат-V и Ат-VI, высокопрочную проволоку, пряди и канаты применяют в качестве напрягаемой арматуры в напряженных железобетонных конструкциях.
В качестве конструктивной арматуры в мостах допускается применение арматурной стали классов A-I и А-П. Для монтажных петель предусматривается применение стержней из арматурной стали класса A-I марки В СтЗсп.2 и класса А-П марки 10ГТ.
Запрещается производить сварные соединения стержневой термически упрочненной арматурной стали, высокопрочной арматурной проволоки, арматурных канатов класса К-7 и любых канатов в связи с тем, что в зоне сварки в этих элементах значительно снижается прочность.
Лекция №11. Расчетные характеристики бетона и арматуры. Гидроизоляционные материалы и клеи, применяемые в мостостроении.
Расчетные характеристики бетона и арматуры. Кубиковая прочность бетона является условной характеристикой его прочности. Действительная прочность бетона в конструкции более полно оценивается прочностью на сжатие бетонных образцов в виде призм, высота которых превышает поперечный размер в 3,5 раза и более. Призменная прочность бетона составляет 70—75% его кубиковой прочности. Прочность бетона на растяжение обычно в 10—15 раз меньше его кубиковой прочности. Предел прочности бетона на срез примерно в 2,5 раза больше предела его прочности на растяжение. Расчетные сопротивления бетона на осевые сжатие и растяжение для расчета мостовых конструкций по первой группе предельных состояний определяют делением соответствующего нормативного сопротивления на коэффициенты надежности по бетону и на коэффициент надежности конструкции.
Коэффициент надежности конструкции, учитывающий степень ответственности мостовых конструкций, 'принимают для бетона равным γн = 1,1.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по бетону γσ = 1.
Расчетные сопротивления арматуры растяжению для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением их нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре и на коэффициенты надежности конструкции. Их принимают различными для автодорожных и железнодорожных мостов. Этим учитывают степень ответственности этих сооружений.
Значения расчетных сопротивлений арматуры растяжению приведены в табл. 31 СНиП 2.05.03-84.
Расчетные сопротивления ненапрягаемой арматуры сжатию, используемые в расчете по первой группе предельных состояний, при наличии сцепления арматуры с бетоном принимают равными соответствующим расчетным сопротивлениям арматуры растяжению Rs. Наибольшие сжимающие напряжения Rрс в напрягаемой арматуре, расположенной в сжатой зоне сечения элемента и имеющей сцепление с бетоном, следует принимать из условия предельной сжимаемости бетона не более 500 МПа.
Для расчета железобетонных конструкций мостов и труб важны также упругие характеристики бетона и арматуры — модули упругости и коэффициенты Пуассона. Бетон является упруго-вязкопластическим материалом. Его полные деформации от напряжений включают упругие, вязкоупругие и пластические деформации, которые зависят от уровня напряжений. В связи с этим модуль упругости зависит от уровня напряжений и времени действия нагрузки. Кроме того, модуль упругости зависит от класса прочности бетона, возрастая с его повышением, он также зависит от возраста бетона, вида его напряженного состояния. Он уменьшается при температурно-влажностной обработке бетона, при работе бетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания, воздействия солнечной радиации.
При проектировании железобетонных конструкций мостов и труб трудно учесть реальные значения модуля упругости бетона, поэтому для расчета применяют средние, условные значения модуля упругости Еb на сжатие по табл. 28 СНиП 2.05.03-84. Для бетона, подвергаемого тепловлажностной обработке, а также для бетона, работающего в условиях попеременного замораживания и оттаивания, эти значения модуля упругости уменьшаются на !0%, а для бетона конструкций, не защищенных от солнечной радиации, — на 15%.
Модуль сдвига бетона Gb принимают равным 0,4ЕЬ, а коэффициент Пуассона v=0,2.
Модули упругости арматуры принимают по табл. 34 СНиП 2.05.03-84. По мере возрастания прочности стали модуль упругости ее уменьшается с 206000 МПа до 196000 МПа. Модуль упругости пучков из параллельных проволок принимают равным 177000 МПа, а пучков из арматурных канатов К-7, канатов спиральных и двойной свивки— 167000 МПа.
Материалы для гидроизоляции бетона мостов. Гидроизоляция предотвращает проникновение атмосферной влаги или грунтовых вод к бетону пролетных строений или опор и предохраняет бетон от разрушения, а арматуру от коррозии.
Гидроизоляционные материалы, применяемые в мостостроении, делятся на обмазочные и оклеечные. Для обмазочной гидроизоляции применяют холодные окраски и горячие обмазки. Для холодных окрасок используют битумы марок III и IV, разжиженные лигроином «ли керосином, а также дегтевые лаки. Холодная окраска является первым грунтовочным слоем, по которому наносят горячую обмазку слоем толщиной 2—3 мм. Материалом для горячих обмазок служат специальные мастики — смеси битума с мелким асбестовым волокном.
Для оклеечной гидроизоляции применяют традиционные рулонные материалы на основе битума и новые материалы на основе синтетической резины (бутилкаучука).
Простейшим рулонным материалом на основе битума является рубероид. Он имеет невысокие изоляционные качества и недолговечен, так как состоит из бумажной упрочняющей основы. Значительно лучшими свойствами обладает гидроизол. Его гидроизоляционной основой также является битум, но он упрочен асбестовым или асбесто-целлюлозным картоном. Благодаря хорошим гидроизоляционным качествам и долговечности он нашел широкое применение в мостостроении. Применяется также гидростеклоизол, который имеет армирующую основу из стеклоткани. Ее стойкость в щелочной среде вызывает сомнения.
Лучшими гидроизоляционными свойствами и технологическими достоинствами обладает фольгоизол, выпускаемый на основе рифленой или гладкой алюминиевой фольги толщиной до 0,3 мм. В качестве покровного слоя для фольгоизола применяют битумно-резиновую мастику. По гидроизоляционным свойствам он лучше других материалов, но значительно дороже. Фольгоизол применяют только в наиболее ответственных сооружениях: больших мостах и тоннелях.
Проходит опытную проверку новый рулонный материал на основе льно-джуто-кенафной ткани и битумной мастики — мостоизол.
Основной способ ведения работ с битумными гидроизоляционными рулонными материалами — безмастичная приклейка с обязательной предварительной грунтовкой бетона. Для оплавления битумного покровного слоя применяют нагревательные горелки на всю ширину укладываемого материала.
Температурные ограничения в использовании битумных гидроизоляционных материалов вызвали необходимость разработки новых гидроизоляционных материалов. Для изоляции автодорожных мостов разработан бутизол — эластичный морозостойкий (до —70°С) резиноподобный материал на основе бутилкаучука. Резиноподобные рулонные материалы приклеивают к изолируемому материалу холодными мастиками или клеями.
Перспективны в качестве изолирующих слоев синтетические материале в виде листов из поливинилхлорида, полипропилена и полиэтилена.
Клеи для склеивания элементов конструкций. Клей как конструктивный материал для склеивания бетонных конструкций экономически целесообразно применять только в том случае, если он имеет связующую прочность не ниже прочности бетона соединяемых элементов, а модуль упругости в отвержденном состоянии и коэффициент расширения близки по значению к характеристикам склеиваемого бетона. Клеевые соединения должны быть долговечны, устойчивы к воздействию среды в процессе эксплуатации. Этим- требованиям соответствуют клеи на основе эпоксидных смол. В них, кроме смолы, входят отвердитель, пластификатор, наполнитель и модифицирующие добавки. Основным компонентом клеев в отечественном мостостроении служили эпоксидные смолы марок ЭД-5, ЭД-6 и ЭД-40. С 1973 г. налажен выпуск новых эпоксидных смол марок ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16 и ЭД-14, имеющих некоторые технологические преимущества.
Полимеризация (отверждение) смолы происходит под воздействием отвердителя. В зависимости от вида отвердителя эпоксидные смолы могут быть отверждены при нормальной температуре или при нагревании. В мостостроении применяют отвердители холодного процесса полимеризации: гексаметилендиамин, полиэти-ленполиамин и триэтанолдиамин.
Технологические свойства клея регулируют изменением количества и вида отвердителя, пластификатора и наполнителя. Количество отвердителя обычно составляет 10—25% массы эпоксидной смолы. В качестве пластификаторов при склеивании используют дибутилфталат, полиэфиркрилат. Обычно их вводят в пределах 5—30% к массе эпоксидной смолы. При избытке пластификатора понижается прочность и увеличивается деформативность клеевого шва.
Наполнитель не влияет на процесс полимеризации смол и технологическую жизнеспособность клея и используется в основном для изменения коэффициента температурного расширения клея и уменьшения расхода эпоксидной смолы. В качестве наполнителей в мостостроении используют портландцемент, молотый кварцевый песок, андезитовую или диабазовую муку.
Необходимое условие высококачественного клеевого шва — хорошая подготовка стыкуемых поверхностей к склеиванию. Поверхность бетона должна быть чистой, сухой, прочной. Очистку поверхностей необходимо производить пескоструйными аппаратами или механическими щетками.
Жизнедеятельность клеев на эпоксидной смоле при t = 20÷25°С около 2-2,5 ч. При более низкой температуре жизнедеятельность клея увеличивается.
Имеются клеи, предназначенные для склеивания бетонных стыков при низких положительных и отрицательных температурах с использованием обогрева. Разработаны также клеи, которые используют для улучшения сцепления свежеуложенного бетона с ранее уложенным отвердевшим бетоном.
Лекция №12. Основные системы железобетонных мостов: балочные, рамные, арочные, комбинированные.
В современном мостостроении железобетонные мосты получили широкое применение при малых, средних и даже больших пролетах. В них применяются разнообразные конструктивные решения и статические схемы: балочные, рамные, арочные и комбинированные.
Наибольшее распространение получили балочные мосты с использованием разрезных, неразрезных и консольных систем. Балочные разрезные системы (рис. 3.1, а) используют для перекрытия небольших пролетов (6—42 м). Неразрезные балочные мосты (рис. 3.1, б) применяют при пролетах от 30—40 до 100— 130 м. Не раз резная система характеризуется большей жесткостью и меньшей деформативностью пролетного строения от временных нагрузок. Однако применение неразрезной системы возможно только при достаточно прочных грунтах в основании опор. Осадка опор в балочных неразрезных пролетных строениях может вызвать появление значительных дополнительных усилий и служить причиной разрушения моста.
В консольных системах (рис. 3.1, в) подвесные пролетные строения пролетом l1 опираются на консоли l2 основных пролетных строений. По распределению усилий консольные системы близки к неразрезным, однако имеют меньшую жесткость и под нагрузкой дают переломы упругой линии в местах сопряжения подвесных пролетных строений с консолями. Вследствие статической определимости консольной системы осадки опор не вызывают в пролетных строениях дополнительных усилий. Опоры неразрезных и консольных мостов вследствие размещения на них по одной опорной части и центрального их загружения имеют меньшую ширину, чем опоры разрезных мостов.
Простейшие рамные системы мостов (рис. 3.1, г) применяют при пролетах 30—60 м. Ввиду совместной работы пролетных строений с опорами изгибающие моменты в пролетных строениях уменьшаются. Это позволяет уменьшить строительную высоту пролетных строений. Весьма широкое распространение получают рамные мосты с наклонными стойками (рис. 3.1, д).
Рис. 3.1. Балочные и рамные мосты
Рис.3.2. Рамно-балочная и рамно-консольная системы мостов
В последние годы получили распространение мосты из Т-образных рам: рамно-балочные и рамно-консольные. Рамно-балочные системы (рис. 3.2, а) мостов получаются из рамных и подвесных пролетных строений, шарнирно опертых на консоли рам. Пролеты / таких систем могут быть в пределах от 40 до 150 м. В ригелях Т-образных рам возникают только отрицательные изгибающие моменты, а в подвесных разрезных пролетных строениях — только положительные. Опоры этих рам от действия вертикальных нагрузок передают на основание вертикальную силу и изгибающий момент.
В рамно-консольных системах Т-образные рамы шарнирно связаны между собой (рис. 3.2, б). Такие системы применяют для пролетов 60—200 м. Опоры мостов этой системы передают на основание еще и горизонтальную силу. Консоли рам могут быть омоноличены, в этом случае получается многопролетная рамная система с пролетами до 250 м.
Рассмотренные рамные системы представляется возможным возводить навесным бетонированием или навесным монтажом.
В России построены также мосты особой рамно-консольной системы (рис. 3.2, в), Т-образные рамы которых состоят из двух полуарок, связанных затяжкой в уровне проезжей части. Т-образные рамы шарлирно связаны между собой в середине пролета. В мостах такой конструкции применены пролеты 90—120 м.
При прочных грунтах в основании опор возможно применение мостов арочных систем (рис. 3.3, а). Арками железобетонных мостов перекрывались пролеты от 50 до 390 м. Опоры этих мостов воспринимают значительные горизонтальные составляющие реакций, что требует развития фундаментов. Сами арки работают преимущественно на сжатие, прочность железобетона в них используется весьма эффективно.
Рис. 3.3. Мосты арочной и Байтовой систем
В последние годы находят применение вантовые системы (рис. 3.3, б). Они представляют собой неразрезные балки, поддерживаемые наклонными вантами, закрепленными на вершинах вертикальных пилонов опор. Ванты работают только на растяжение, они создают упругие опоры для балки жесткости, что облегчает ее работу. Пилоны работают в основном на сжатие. Пролеты мостов такой системы в настоящее время составляют 50—400 м.
Современные железобетонные мосты сооружают как монолитными, так и сборными. Монолитные мосты строят различными способами с использованием инвентарной металлической опалубки. Сборные мосты монтируют из элементов, изготовленных на заводе или полигоне. Монолитные мосты более надежны, но темпы их строительства ниже, чем сборных. Их целесообразно использовать при больших пролетах. Применение сборных мостов позволяет увеличить темпы строительства, уменьшить трудоемкость работ на объекте.
Лекция №13. Обустройство пролетного строения моста: дорожная одежда, ограждения, конструкция тротуаров.
Под проезжей частью пролетных строений, в широком смысле этого понятия, подразумевают совокупность конструктивных элементов, воспринимающих действие подвижных нагрузок и передающих их на несущую часть пролетного строения. В состав проезжей части входят мостовое полотно и несущие элементы.
Мостовое полотно расположено над несущими элементами проезжей части и предназначено для обеспечения безопасности движения транспортных средств и пешеходов, а также для отвода воды.
Мостовое полотно железобетонных мостов (как и других) включает следующие конструктивные (см. рис. 1.6) элементы: одежду ездового полотна, одежду тротуаров, ограждающие устройства, устройство для водоотвода, деформационные швы и сопряжение моста с подходами.
Мостовое полотно железобетонных мостов расположено на плите проезжей части, которая является несущим элементом проезжей части и вместе с тем входит в состав основных несущих
конструкций пролетного строения, образуя вместе с ними пространственно работающую систему.
Одежду ездового полотна устраивают для следующих основных функций:
защищать нижележащие конструкции от механического воздействия, выступая при этом в качестве слоя износа;
защищать нижележащие конструкции от воздействия атмосферной влаги, служить гидроизоляцией;
обеспечивать комфортность движения своей гладкой поверхностью.
Рис. 3.4. Одежда ездового полотна: 1— асфальтобетон; 2 — защитный елок; 3 — гидроизоляция; 4 — выравнивающий слой; 5 — плита проезжей части
Одежда ездового полотна (рис. 3.4) располагается на железобетонной плите проезжей части и состоит из выравнивающего слоя, гидроизоляции, защитного слоя изоляции и покрытия.
Выравнивающий слой под гидроизоляцию устраивают из бетона или цементо-песчаного раствора толщиной не менее 30 мм. По выравнивающему слою устраивают оклеечную гидроизоляцию из рулонных материалов. В больших мостах, а также в районах с обильными атмосферными осадками для гидроизоляции применяют рулонные материалы повышенного качества.
Над оклеечной гидроизоляцией устраивают защитный слой из цементопесчаного раствора или мелкозернистого бетона толщиной не менее 40 мм. Этот слой предназначается для защиты гидроизоляции от возможных повреждений ее при устройстве и ремонте покрытия. Защитный слой обычно армируют стальной сеткой из проволоки диаметром 2,5 мм с шагом 45 мм и шириной 1500 мм. Сетки укладывают с перекрытием их на 200—300 мм.
Покрытие одежды ездового полотна выполняют из асфальтобетона или из цементобетона двухслойным общей толщиной соответственно 70 и 80 мм. Между слоями в цементобетонное покрытие укладывают сварную сетку с продольной арматурой 0 4 мм и поперечной 0 6 мм с расстоянием между стержнями 250 и 100мм соответственно. Ширина сеток 1500 мм, их укладывают с перекрытием на 200—300 мм.
Конструкция тротуаров и ограждений. Тротуар пролетного строения — часть мостового полотна, предназначенная для безопасного движения пешеходов.
Различают повышенный тротуар, если он расположен выше уровня проезда (рис. 3.5, а), и пониженный, если расположен в уровне проезжей части (рис. 3.5, б). Тротуары устраивают на каждой стороне моста и ограждают их с наружных сторон перилами высотой не менее 1,1 м. Ширину тротуаров назначают но расчету в зависимости от расчетной перспективной интенсивности движения пешеходов в час «пик», при этом среднюю расчетную пропускную способность 1 м ширины тротуара в 1 час следует принимать 2000 чел. Ширина многополосных тротуаров назначается кратной 0,75 м.
Рис. 3.5. Тротуары повышенного и пониженного типа
Ранее применяли в основном повышенные тротуары. В монолитных мостах тротуары выполняли в виде приподнятой консоли плиты проезжей части (рис. 3.6, а), в сборных мостах их монтировали из тротуарных блоков, прикрепляемых на краю проезжей части (рис. 3.6, б). В настоящее время отдается предпочтение тротуарам пониженного типа. Их применение стало возможным в сочетании с надежным ограждением.
Ограждение — конструктивный элемент мостового полотна, устраиваемый на границах ездового полотна, предназначенный для предотвращения съезда транспортных средств за его пределы и исправления траектории движения транспортного средства при наезде на ограждение. Ограждение может быть бетонным, железобетонным и металлическим. По конструкции различают барьерное ограждение из стоек и горизонтальной профильной стальной ленты или трубы, укрепленных на стойках на некотором уровне над верхом покрытия, и парапетное ограждение в виде железобетонной стенки различной конфигурации.
Высоту ограждений на мостах и путепроводах в городах и на автомобильных дорогах I—III категорий принимают не менее 0,75 м для барьерных и 0,6 м для парапетных ограждений.
Рис. 3.6. Монолитные и сборные тротуары повышенного типа
Рис. 3.7. Современные тротуары пониженного типа
Конструкция ограждений увязывается с конструкцией тротуаров. В действующих типовых проектах предусмотрены три варианта их совместных решений. В первом варианте (рис. 3.7, а) тротуары и барьерные ограждения выполняются из накладных железобетонных блоков, в которых объединены функции тротуаров и барьерных ограждений. Блоки крепятся к плите проезжей части путем сварки закладных деталей, предусмотренных в блоках и плите. Одежда для таких тротуаров предусматривается из цементобетона толщиной слоя не менее 40 мм. При гладкой поверхности тротуарных блоков на мостах, расположенных вне городов, поселков, населенных пунктов, допускается применять блоки без покрытия.
Во втором варианте (рис. 3.7, б) тротуары выполняют из накладных железобетонных блоков, к которым крепят металлическое барьерное ограждение. Одежда тротуаров такая же, как в предыдущем варианте.
В третьем варианте тротуар (рис. 3.7, в) устраивают непосредственно по железобетонной консольной плите, металлическое барьерное ограждение крепят также непосредственно к плите. Одежда тротуаров, устраиваемых по железобетонной плите без применения сборных тротуарных блоков, аналогична одежде ездового полотна с цементобетонным покрытием, однако толщина покрытия составляет лишь 60 мм.
Ограждения на разделительной полосе предусматриваются, если: они имеются на подходах к мосту, на разделительной полосе расположены опоры контактной сети или освещения, конструкция разделительной полосы не рассчитана на выезд на нее транспортных средств. Ограждения на разделительной полосе выполняют той же конструкции, что и тротуаров (рис. 3.8).
Конструкции ограждений должны препятствовать падению транспортных средств с моста, создавать условия для безопасного движения пешеходов по тротуарам, защищать несущие конструкции моста от повреждений и позволять быструю замену или исправление поврежденных элементов ограждения.
Рис. 3.8. Блоки ограждений на разделительной полосе
Разновидностью ограждений на тротуарах являются перила. Они обеспечивают безопасность пешеходов и служат архитектурным оформлением сооружения.
В железобетонных мостах перила выполняют из железобетона, чугунного художественного литья или из стального проката, соединенного сваркой в решетчатые блоки. На рис. 3.9 приведена конструкция блока металлического перильного ограждения, рекомендуемого действующими типовыми проектами. Верхний элемент блока выполнен из трубы Ø 76х4 мм, нижний — из уголка 100х63x8, соединение на сварке этих элементов выполняется при помощи круглых стержней Ø 26 мм с шагом 150мм. Прикрепление перильных блоков к тротуарам осуществляется с помощью приварки их к закладным планкам. Поверхности перил и металлических ограждений должны защищаться от коррозии масляной краской или органосиликатными материалами.
Лекция №14. Способы водоотвода с проезжей части пролетного строения. Деформационные швы и сопряжение моста с насыпью.
Водоотвод. Элементы железобетонных конструкций, находящиеся под воздействием атмосферных осадков, сравнительно быстро приходят в негодность: бетон разрушается, арматура корродирует. Для предохранения железобетонных конструкций мостов, помимо гидроизоляции, устраивают водоотвод с поверхности ездового полотна и тротуаров.
Для обеспечения быстрого отвода воды поверхностям ездового полотна и тротуарам придают продольные (не менее 5%) и поперечные (не менее 2%) уклоны. При продольном уклоне свыше 10% нормами проектирования допускается уменьшение поперечного уклона при условии, что геометрическая сумма уклонов будет не меньше 20%.
Рис. 3.9. Блок металлического перильного ограждения:
1 — верхний элемент из трубы; 2 —заполнение из круглой стали;
3 — нижний элемент из уголка
Рис. 3.10. Схема водоотвода через тротуары:
1 - слезник; 2 — пористая резина; 3 — мастика
В зависимости от объема атмосферных вод и условий отвода применяют различные способы водоотвода. Если под мостовым сооружением не находятся никакие конструкции, то применяется неупорядоченный отвод воды через тротуары. Он обеспечивается одинаковым поперечным уклоном ездового полотна и тротуаров (рис. 3.10).
Для предотвращения увлажнения крайних элементов пролетного строения в этом случае в консольных плитах тротуаров устраивают слезники 1.
При невозможности произвольного сброса воды с моста применяется упорядоченный отвод воды в определенных местах через водоотводные трубки (рис. 3.11). Верх водоотводных трубок располагается ниже поверхности, с которой отводится вода, не менее чем на 1 см. С помощью трубок отводится также вода, стекающая по слою гидроизоляции в одежде ездового полотна и тротуаров. Для этого гидроизоляция заводится во внутреннюю поверхность водоотводной трубки и прижимается приемной воронкой. Водоотводные трубки должны иметь внутренний диаметр не менее 150 мм. Расстояния между трубками на ездовом полотне автодорожных и городских мостов вдоль пролета устанавливают в зависимости от продольного уклона ездового полотна. Они должны составлять не более 6 м при продольном уклоне 5%о и 12 м при уклонах от b до 10%о. Число трубок на одном пролете не должно быть меньше трех.
Рис. 3.11. Схема водоотвода через трубки:
1 — водоотводная трубка; 2 — одежда проезжей части
При необходимости отвода воды за пределы мостового сооружения используются лотки, устраиваемые вдоль бордюра или барьерного ограждения.
В этом случае необходимо обеспечить железобетонными лотками защиту обочин и откосов насыпи подходов от сосредоточенных водных потоков.
Деформационные швы и сопряжение моста с насыпью. Для обеспечения свободы перемещений смежных торцов пролетных строений при воздействии временных нагрузок и колебаний температуры проезжую часть разделяют поперечными швами, которые называют деформационными. Деформационные швы располагают над промежуточными опорами между торцами соседних пролетных строений и в местах примыкания пролетных строений к шкафным стенкам устоев.
Конструкции деформационных швов должны быть водо- и гря-зенепроницаемыми, работоспособными в данном диапазоне температур.
Конструкция деформационного шва влияет на внешний вид покрытия проезжей части, комфортабельность и безопасность движения по мосту, на срок службы шва.
Деформационные швы по внешнему виду и характеру работы подразделяют на закрытые, заполненные и перекрытые.
В закрытых деформационных швах горизонтальные перемещения торцов пролетных строений обеспечиваются деформациями заполнителя в зазоре между торцами смежных пролетных строений. В этих швах (рис. 3.12) зазор между торцами пролетных строений закрыт обычным покрытием, уложенным над зоной стыка без разрыва. Основу конструкции этого типа составляет петлеобразный компенсатор 7, зааикеренный в выравнивающем слое, и эластичное заполнение 10 петли и 9 зазора в уровне защитного слоя 3 гидроизоляции 4.
Сопротивление образованию трещин в покрытии повышают армированием его сеткой 2 и частичным отделением покрытия от защитного слоя специальными прокладками 5. Последний способ обеспечивает возникновение меньших относительных деформаций в связи с распределением полной деформации на большой длине.
Рис. 3.12. Конструкция деформационного шва закрытого типа
с армированным асфальтобетонным покрытием: 1— покрытие; 2 — армирующая сетка; 3 — защитный слой; 4 — гидроизоляция; 5 — отделяющая прокладка; 6 — перекрытие зазора; 7 — компенсатор; 8 — анкерный стержень; 9 — мастика; 10 — пористый заполнитель
Максимальная амплитуда допускаемых перемещений в швах закрытого типа в случае применения неармированного асфальтобетона составляет 10 мм, в случае армированного—15 мм при t≥ 15°С и 10 мм при t≥ - 25 °С.
К швам заполненного типа относят конструкции с заполнением мастикой (рис. 3.13) или с резиновыми вкладышами-компенсаторами (рис. 3.14). В заполненных деформационных швах покрытие устраивают с зазором, который впоследствии заполняют упругим материалом (см. рис. 3.13). Деформации его обеспечивают перемещения торцов пролетных строений. Надежность работы этих швов зависит от материала заполнения и прочности кромок. При увеличении зазора создаются условия для разрушения кромок цементобетонных покрытий. В связи с этим кромки усиливают (рис. 3.13, в) стальными окаймлениями с надежной их анкеровкой. Перемещения, допускаемые на швы с заполнением мастиками, составляют при асфальтобетонном покрытии 12 мм, при цементобетонном — 18 мм, при цементобетонном с окаймлением — 22 мм.
Рис. 3.13. Деформационные швы с заполнением мастикой:
а — при асфальтобетонном покрытии; б — при цементобетонном покрытии или с устройством бетонного прилива; в — варианты усиления кромки шва
Рис. 3.14. Конструкции деформационных швов с резиновыми омпенсаторами:
а — с одним компенсатором К-8;
б — с двумя компенсаторами К-8
Деформационные швы с резиновыми компенсаторами I (рис. 3.14,а) применяют при перемещениях до 30 мм в мостах и путепроводах I—V категорий и в городах. На дорогах I категории и в городах допускается устройство модульных швов с двумя рядами компенсаторов, обеспечивающих перемещения до 100 мм (рис. 3.14, б).
Деформационные швы с резиновыми компенсаторами применяют в районах с минимальной среднесуточной температурой воздуха выше температуры хрупкости резины (t=+5°C).
В перекрытых швах горизонтальные перемещения торцов пролетных строений обеспечиваются изменением положения элемента, перекрывающего зазор, относительно оси шва. Деформационные швы перекрытого типа применяют при перемещениях до 400 мм. Различают следующие их разновидности: с плоским скользящим листом (рис. 3.15, а), со скошенным скользящим листом (рис. 3.16, б), со скошенным «плавающим» скользящим листом (рис. 3.15, в), с консольной гребенчатой плитой (рис. 3.16, а) и со скользящей гребенчатой плитой (рис.3.16, б).
Рис. 3.15. Деформационные швы перекрытого типа:
а—с плоским скользящим листом; б — со скошенным скользящим листом;
в — со скошенным «плавающим» скользящим листом;
1 — скользящий лист; 2 —резиновая прокладка; 3 — пружина; 4 — окаймление кромки; 5 —ребро жесткости окаймления; 6 — водоотводный лоток
Рис. 3.16. Деформационные швы с гребенчатыми плитами:
а — консольного типа; 6 — скользящего типа
Деформационный шов с плоским скользящим листом см. рис. 3.15, а) состоит из окаймления 4 с ребрами жесткости 5 и хомутами, омоноличенного в незабетонированных участках плиты проезжей части, скользящего листа 1, опирающегося на резиновые прокладки 2 и прижатого пружиной 3, и водоотводного лотка 6. Скользящий лист на подвижном конце имеет скос для выдавливания грязи из зазора.
Пружины размещены в обойме, заполненной техническим вазелином.
Деформационные швы со скошенным скользящим листом (рис. 3.15, б) и с плавающим листом (рис. 3.15, в) обеспечивают более плавный въезд автомобилей на шов и перемещения до 300 мм.
Еще более плавный проезд по швам обеспечивают швы с гребенчатыми плитами (см. рис. 3.16), но предельное перемещение, обеспечиваемое ими, составляет 250 мм.
Рис. 3.17. Сопряжение моста с подходами с помощью переходной плиты
При перемещениях более 300 мм применяют более сложные конструкции швов откатного типа.
Деформационные швы являются дорогостоящими и сложными элементами мостового полотна. В связи с этим наметилась тенденция к сокращению их числа путем применения неразрезных и температурно-неразрезных пролетных строений, обеспечивающих лучшую плавность движения транспортных средств. В неразрезных мостах существует минимальное количество деформационных швов. Их устанавливают только между торцами пролетных строений и шкафными стенками устоев. Эти швы обеспечивают плавность въезда и съезда на мост и способствуют сопряжению моста с насыпью подходов.
Одним из наиболее важных требований к сопряжению моста с насыпью является обеспечение плавности перехода от насыпи к мосту. Этому способствует устройство одинакового покрытия на мосту и подходах. Кроме того, необходимо обеспечить плавность перехода от различных упругих деформаций насыпи и пролетного строения как по величине деформаций, так и по скорости их протекания. Это достигается путем создания в местах сопряжения моста с насыпью специальных переходных участков в виде переходных плит, отмосток и подушек из щебенчатых и песчано-гравийных материалов (рис. 3.17).
Переходные плиты одним концом опираются на выступ шкафной стенки, а другим — на железобетонный лежень. Плиты укладывают с уклоном 1 : 10 в сторону насыпи и закрепляют штырями. Под плитой устраивают подушку из дренирующего материала.
Лекция №15. Виды балочных железобетонных мостов и область их применения: плитные, ребристые, плитно-ребристые, коробчатые.
В настоящее время железобетонные балочные мосты по общей их протяженности составляют более ¾ общей протяженности всех автодорожных мостов. По принятой для мостов классификации балочные железобетонные мосты различают:
по статистической схеме — разрезные, температурно-неразрезные, неразрезные и консольные;
по расположению уровня проезда —с ездой поверху и понизу;
по типу несущей конструкции — с плитными (рис. 4.1, а), ребристыми (рис. 4.1, б, в, г), плитно-ребристыми (рис. 4.1, д), коробчатыми (рис. 4.1, е, ж) и сквозными (рис. 4.1, и) пролетными строениями;
по способу армирования — с ненапрягаемой и предварительно напрягаемой арматурой;
по способу производства работ — из монолитного, сборно-монолитного и сборного железобетона.
Рис. 4.1. Поперечные сечения пролетных строений балочных мостов:
а — плитных; б, в, г — ребристых; д — плитно-ребристых;
е, ж — коробчатых; з — со сплошными главными балками с ездой понизу;
и — со сквозными главными балками с ездой понизу
Из всех видов железобетонных балочных мостов наибольшее распространение получили разрезные сборные мосты с ездой поверху преимущественно с предварительно напряженной арматурой.
В значительной мере это объясняется тем, что они лучше других соответствуют методам индустриального строительства.
Для пролетных строений мостов в соответствии с единой в модульной системой был принят укрупненный модуль 300 см, в соответствии с которым приняты унифицированные размеры плитных и ребристых пролетных строений из элементов следующих длин: 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м. В соответствии с этими размерами были разработаны типовые пролетные строения. Опыт их применения показал, что при пролетах до 12 м экономически целесообразны плитные пролетные строения. При пролетах 15 и 18 м применение плитных пролетных строений возможно, но с ними конкурируют ребристые. В мостах с пролетами от 12 до 33 м получили наибольшее распространение ребристые пролетные строения из сборных предварительно напряженных элементов. Балки длиной 42 м широкого распространения не получили в связи с трудностями их монтажа и транспортировки. В районах, удаленных от мест изготовления сборных предварительно напряженных элементов, применяют при пролетах до 18 м сборные пролетные строения с ненапряженной каркасной арматурой. В глубинных районах, где любые сборные элементы экономически не оправданы, применяют монолитные разрезные мосты.
В настоящее время широко применяют темнературно-неразрезные пролетные строения. Их создают из унифицированных элементов за счет объединения плит в уровне проезжей части таким образом, чтобы при горизонтальных и температурных воздействиях они работали как неразрезные, а при вертикальных — как разрезные. Их применение значительно сокращает необходимое количество деформационных швов. Кроме того, в настоящее время наметилась тенденция использования унифицированных железобетонных балок длиной 18—42 м для получения неразрезных пролетных строений путем омоноличивания их на опоре или в зоне минимальных моментов.
Это открывает возможность для получения неразрезных пролетных строений с пролетами до 63 м.
В мостах с пролетами 24—42 м находят применение плитно-ребристые конструкции (ПРК). Для мостов с пролетами 63 м и более перспективны неразрезные пролетные строения коробчатого сечения.
В этой области пролетов применяются также мосты консольной системы.
Мосты с ездой понизу применяются редко, только в том случае, когда необходимо иметь минимальную строительную высоту пролетного строения.
Лекция №16. Влияние способов возведения мостов на их конструкцию для монолитных, сборно-монолитных и сборных мостов.
Конструктивные и технологические решения балочных пролетных строений во многом зависят от способов их возведения. Способы возведения различны для монолитных, сборно-монолитных и сборных мостов.
Монолитные мосты могут выполняться в опалубке на подмостях, методом попролетного бетонирования, методом продольной надвижки и методом навесного бетонирования.
Способ бетонирования на подмостях позволяет придать пролетному строению и его армированию наиболее рациональные формы для восприятия постоянных и временных нагрузок. Однако он наименее индустриален и применяется только для сложных в плане сооружений.
Более технологичен метод попролетного бетонирования. Пролетные строения при этом методе (рис. 4.2, а) сооружают в опалубке, размещенной на передвижных подмостях. Подмости вместе с опалубкой передвигают вдоль моста по мере готовности предыдущего пролета. Метод попролетного бетонирования наиболее рационален в многопролетных мостах. Он требует, чтобы поперечное сечение пролетного строения имело неизменные по длине размеры и поэтому не мешало передвижению опалубки, чтобы все пролеты были одинаковыми, а вся напрягаемая арматура оканчивалась в стыке бетонируемых участков. В процессе возведения моста этим способом статическая схема пролетного строения изменяется, что необходимо учитывать при проектировании.
При возведении мостов методом продольной надвижки и пролетные строения бетонируют на всю или часть их длины на насыпи подходов и затем надвигают на опоры (рис. 4.2, б). Статическая схема пролетного строения в процессе надвижки все время изменяется, что требует установки на период надвижки временной напрягаемой арматуры. Пролетное строение по условиям производимых работ должно иметь постоянную высоту.
Неразрезные мосты с большими пролетами и высокими опорами целесообразно возводить методом навесного бетонирования (рис. 4.2, в). Пролетные строения бетонируют уравновешенно небольшими участками в виде консолей от опор к серединам пролетов в подвесной опалубке. После твердения бе-гона на очередном участке его обжимают напрягаемой арматурой, располагаемой в верхней части сечения консолей. Напрягаемую арматуру в нижнем поясе устанавливают после объединения консолей в серединах пролетов.
Сборно-монолитные пролетные строения возводят без применения подмостей. Пролет вначале перекрывают сборными балочными элементами (рис. 4.2, г) Затем элементы объединяют в поперечном направлении монолитным железобетоном. После твердения монолитной части пролетное строение можно оставить разрезным, превратить его в температурно-неразрезное или в неразрезное. В последнем случае над опорами необходимо устанавливать арматуру для восприятия отрицательного изгибающего момента.
Сборное разрезное и температурно-неразрезное пролетные строения из унифицированных плитных или ребристых элементов длиной до 33 м монтируют с помощью стреловых и козловых кранов или специальных шлюзовых-агрегатов различных типов. Обычно этот простейший способ монтажа не оказывает влияния hii конструкцию элементов пролетного строения, так как в процессе монтажа элементы пролетного строения работают по той же статической схеме, что и в процессе эксплуатации.
Рис. 4.2. Способы возведения пролетных строений
При строительстве неразрезных пролетных строений из блоков ПРК рекомендуется метод попролетной сборки (рис 4.2, д) на перемещаемых подмостях. Подмости представляют специальный агрегат, который перемещается из пролета в пролет, опираясь на опоры моста. Конструкция пролетного строения не должна препятствовать перемещению подмостей.
При пролетах более 42 м неразрезные пролетные строения возводят методом надвижки или методом навесного монтажа. Метод надвижки (рис. 4.2, е) применяют только для неразрезных пролетных строений с постоянной высотой балок. Конструкция пролетного строения, возводимая этим методом, усложняется в связи с тем, что характер работы пролетного строения при надвижке существенно отличается от работы в стадий эксплуатации. Метод навесной сборки (рис. 4.2, ж) позволяет монтировать неразрезные пролетные строения значительных пролетов с переменной высотой по их длине. Монтаж ведется от опор к середине пролета уравновешенно. Напряженную арматуру в кон солях устанавливают вдоль верхней плиты. По окончании монтажа консолей в серединах пролетов их объединяют и устанавливают нижнюю напрягаемую арматуру. Различие в работе таких конструкции в стадии монтажа и период эксплуатации невелико в связи с тем, что доля временной нагрузки по сравнению с постоянной невелика при больших пролетах.
В зависимости от местных условий и имеющегося монтажного оборудования возможны различные комбинации рассмотренных методов, а также и другие методы.
При проектировании балочных пролетных строений любых видов принимают во внимание предполагаемый способ строительства, учитывая его влияние на работу конструкции как в период строительства, так и в период эксплуатации.
Лекция №17. Конструкция разрезных пролетных строений мостов с ненапрягаемой арматурой: плитные, ребристые с диафрагмами, ребристые без диафрагм.
Разрезные пролетные строения с ненапрягаемой арматурой еще находят применение в районах, удаленных от баз изготовления предварительно напряженных конструкций. Они могут быть монолитными и сборными, плитными и ребристыми.
Плитные пролетные строения с ненапрягаемой арматурой применяются в основном в монолитных мостах при пролетах до 6-9 м.
Рис. 4.3. Плитное монолитное пролетное строение с
ненапрягаемой арматурой
Поперечные сечения плитных пролетных строений делают прямоугольными (рис. 4.3) или пятиугольными (верхней поверхности придают двускатные уклоны от середины плиты к тротуарам). В первом случае на плите устраивают бетонный сточный треугольник, а по нему гидроизоляцию; во втором — под гидроизоляцию укладывают тонкий выравнивающий слой цементного раствора. Поверх гидроизоляции наносят защитный слой бетона толщиной 4 см, а по нему асфальтобетонное покрытие 5—6 см. Тротуары устраивают повышенного типа на консольных свесах.
Монолитные плиты армируют гладкой арматурой, стержнями периодического профиля или сварными сетками. Часть продольной рабочей арматуры пропускают по всей длине, остальную отгибают в нескольких плоскостях у опор для восприятия главных растягивающих напряжений. В поперечном направлении устанавливается арматура небольшого диаметра для фиксации расстояний между рабочей арматурой и, улучшения распределения нагрузки. Ее называют распределительной.
Мосты с ребристыми пролетными строениями с ненапрягаемой арматурой применяют при пролетах более 6—9 м. Они состоят из главных балок, перекрывающих пролет, и плиты проезжей части (рис. 4.4, а). Прита проезжей части является также сжатой зоной главных балок, участвуя в их работе на изгиб. Она также распределяет нагрузку между главными балками, обеспечивая пространственную работу пролетного строения. Ребристые пролетные строения выполняют, как правило, сборными. Монолитными их выполняют лишь в тех случаях, когда применение сборных не оправдано из-за малого объема строительства или затруднено из-за удаленности баз изготовления сборных конструкций.
Рис. 4.4. Ребристое монолитное пролетное строение с
ненапрягаемой арматурой
Рис. 4.5. Сборные и сборно-монолитные ребристые пролетные строения
При строительстве монолитных ребристых пролетных строений представляется возможным применять наиболее целесообразное количество балок и их размеры в зависимости от пролета. Обычно расстояние b между главными балками составляет 2—3 м (рис. 4.4, б). Главные балки объединяют между собой в поперечном направлении поперечными балками (диафрагмами), обеспечивающими, пространственную работу пролетного строения. Диафрагмы обычно размещают в опорных сечениях, в середине пролета и в четвертях пролета, если расстояние между ними не меньше 4—6 м. Иногда расстояние между главными балками увеличивают до 4—6 м, в этом случае между главными балками устанавливают второстепенные балки, уменьшающие пролет плиты.
Конструкция сборных пролетных строений определяется исходными монтажными элементами, назначаемыми с учетом условий их изготовления, транспортировки и монтажа. Широкое распространение получили бездиафрагменные пролетные строения из тавровых балок (рис. 4.5, а), стыкуемых между собой по плите проезжей части. Ранее строились и находятся в эксплуатации пролетные строения, составленные из балок таврового сечения с полудиафрагмами (рис. 4.5, б). Балки в .поперечном направлении объединяли стыкованием полудиафрагм с помощью сварки арматурных выпусков или металлических закладных деталей. Плита в таких пролетных строениях не стыковалась, поэтому она работает в поперечном направлении как консоль. Нашли применение также пролетные строения, составленные из балок П-образного сечения (рис. 4.5, в). Объединение этих балок в поперечном направлении производится сваркой закладных деталей или высокопрочными болтами.
Применяются также сборно-монолитные конструкции пролетных строений, в которых сборные главные балки 1 (рис. 4.5, г) объединяют между собой монолитной плитой 2 проезжей части и диафрагмами 3.
Конструкция монолитных и сборных монолитных строений во многом зависит от применяемой арматуры и способа ее размещения. Арматуру в конструкции пролетного строения размещают так, чтобы она имела хорошую связь с окружающим бетоном, не мешала укладке бетона при изготовлении конструкции и была надежно защищена от воздействия влаги и воздуха. Арматуру выполняют из гладкой проволоки или стержней периодического профиля. Все рабочие стержни растянутой арматуры из гладкой проволоки для обеспечения их заанкерования в бетоне должны иметь на концах полукруглые крюки с внутренним диаметром не менее 2,5 диаметра стержня (рис. 4.6, а). Концы сжатых стержней из круглой проволоки, а также концы стержней периодического профиля в растянутой зоне заканчиваются прямыми крюками.
Отдельные стержни арматурной стали приходится сваривать для обеспечения необходимой длины. Стержни растянутой арматуры стыкуют контактной электросваркой встык методом оплавления. При этом в месте стыка получается небольшое утолщение (рис. 4.6, в). Стыки, выполняемые в монтажных условиях, сваривают ванным способом с применением выгнутой подкладки из полосовой стали (рис. 4.6, г). Эта подкладка образует «ванну», удерживающую наплавляемый металл от стекания и способствующую более глубокому проплавлению концов свариваемых стержней.
Рис. 4.6. Арматура для монолитных мостов:
1— стальная подкладка («ванна»); 2- сварные швы
Сварные сетки (рис. 4.6, б) изготавливают заранее на заводах или полигонах, соединяя пересекающиеся стержни контактной сваркой, и в готовом виде устанавливают в конструкцию. В местах стыкования соседние сетки укладывают внахлестку друг на друга с перекрытием на длину не менее 30 диаметров стержней сетки и не менее 25 см.
Лекция №18. Армирование разрезных пролетных строений мостов ненапрягаемой арматурой. Арматурные каркасы, рабочая и конструктивная арматура.
Рассмотрим последовательно армирование плиты проезжей части, главных и поперечных балок.
Рис. 4.7. Армирование плиты проезжей части и главных балок
Плита является основным несущим элементом конструкции проезжей части. В монолитных мостах она упруго защемлена в поддерживающих ее главных балках и поперечных диафрагмах (рис. 4.7, а). От временной нагрузки в середине ее пролета возникают положительные изгибающие моменты, а на опорах отрицательные. В связи с этим на опорах плиты арматуру располагают в верхней ее зоне, а в середине пролета — в нижней. Стержни рабочей арматуры плиты располагают так, чтобы защитный слой бетона был не менее 2 см. Их диаметр должен быть не менее 10 мм, а расстояние между соседними параллельными стержнями может составлять 20—5 см. Стержни распределительной арматуры, располагаемой конструктивно в направлении, перпендикулярном к рабочей арматуре, должны иметь диаметр не менее 6 мм и устанавливаться в количестве не менее четырех на 1 м ширины плиты. Кроме того, распределительную арматуру устанавливают во всех местах перегиба рабочей арматуры. На участках действия отрицательных изгибающих моментов рабочую арматуру вверху плиты устанавливают на длине ¼ - 1/6 пролета плиты, а нижнюю рабочую арматуру доводят до опоры в количестве не менее трех стержней на 1 м ширины плиты или (по площади сечения) нижней арматуры в середине пролета.
Плита сборных П-образных балок (рис. 4.7, б) работает аналогично плите проезжей части монолитных мостов, так как она упруго защемлена в ребрах балки. Арматура вблизи ребер располагается поэтому в верхней зоне и заходит в ребро, а в середине пролета плиты — в нижней зоне.
В сборных мостах плита проезжей части обычно составляет одно целое с балками и работает по-разному в зависимости от их конструкции.
В тавровых балках с диафрагмами (см. рис. 4.5, б) плиту обычно не стыкуют с плитой соседних балок; она работает как консоль, защемленная в ребре, и ее армируют только в растянутой верхней зоне. Толщина на конце такой консольной плиты должна быть не менее 8-10 см. Б бездиафрагменных пролетных строениях плита проезжей части работает примерно как неразрезная балка на упругом основании. Ее армируют сварными сетками в верхней и нижней зонах.
Главные балки пролетных строении армируют (см. рис. 4.7) отдельными стержнями или сварными каркасами. Диаметр рабочей арматуры балок принимают не менее 12 мм, защитный слои бетона для нее не менее 3 см и не более 5 см от боковой или нижней поверхности балок. Максимальная толщина защитного слоя определяется соображениями ее рационального использования. Расстояния между отдельными стержнями по условиям обеспечения необходимой плотности бетона должны быть не менее 5 см в вертикальном и в горизонтальном направлениях. Диаметр хомутов в стыках балок по всей длине, кроме концевых участков балок, принимают не менее 8 мм, а на концевых участках — не менее 10 мм Защитный слой бетона между хомутами и боковой или нижней поверхностями балок должен быть не менее 2 см. Каждый хомут должен охватывать в одном ряду не более пяти растянутых и не более трех сжатых стержней. Расстояние между соседними хомутами вдоль балки устанавливают с шагом, не превышающим 10 см на концевых участках балки; 15 см на приопорных участках балки простирающихся от границ концевых участков до четвертей пролета- 20 см на среднем участке балки длиной, равной ½ пролета. Концевые участки балки простираются от ее торца в сторону пролета на длину, равную высоте балки.
Наибольшее распространение ненапрягаемая арматура в сборных балках получила в виде многорядных сварных каркасов (рис. 4.8, а). Они индустриальны в изготовлении и удобны в монтаже.
Сварной каркас состоит из ряда стержней продольной рабочей арматуры, уложенных друг на друга без промежутков и сваренных между собой продольными швами толщиной не менее 4 мм. Если в одном вертикальном ряду поставлено более трех-четырех стержней, то над ними устанавливают прокладки того же диаметра и длиной не менее шести диаметров, а далее вновь ставят три-четыре стержня без разрыва. Просветы, образованные прокладками, обеспечивают лучшее сцепление с окружающим бетоном. Расстояние между соседними вертикальными каркасами должно быть не менее 5 см или двух диаметров рабочей арматуры. Защитный слой бетона тот же, что и для отдельных стержней. Рабочие стержни продольной арматуры каркаса отгибают под углом 30—60°, но не менее двух стержней от всех каркасов должны быть доведены до опоры. Радиус отгиба должен быть не менее 12 диаметров отгибаемого стержня периодического профиля или 10 диаметров для гладкого стержня (рис. 4.8, б, в, г).
Рис. 4.8. Конструкция сварных каркасов
Допускается приварка дополнительных отогнутых стержней к стержням основной арматуры. В этом случае к каждому стержню рекомендуется приваривать не более двух дополнительных отгибов с диаметром, в 2 раза меньшим диаметра основного продольного стержня. Такие отгибы прикрепляют сварными швами длиной не менее 12 диаметров отгиба (см. рис. 4.8, а). Расположение мест отгибов определяется условием, чтобы на участке с отгибами в каждое вертикальное поперечное сечение балки должен попадать хотя бы один отгиб. Вдоль боковых стенок балки устанавливают продольную арматуру периодического профиля диаметром 8—14 мм на расстояниях по высоте 10—12 диаметров. Эта арматура предохраняет бетон от появления усадочных трещин. Арматуру ставят снаружи хомутов.
Пролетное строение моста монтируют из сборных балок, соединяя сваркой выпуски арматуры полудиафрагм (рис. 4.9, а).
Если же тавровые балки не имеют полудиафрагм, то их объединяют в пролетное строение омоноличиванием выпусков арматуры из плиты проезжей части (рис. 4.9, б). Плита проезжей части работает в этом случае не только как упруго защемленная в ребрах, но и принимает участие в общей работе пролетного строения в поперечном направлении под временной нагрузкой. Положительные и отрицательные изгибающие моменты могут возникать в такой плите как в пролете, так и на ее опорах у балок, поэтому рабочую арматуру плиты располагают непрерывно в верхней и нижней зонах. В стыке между плитами соседних балок рабочую арматуру в виде петель заводят внахлестку на длину не менее 15 ее диаметров и для лучшей связи ставят дополнительную конструктивную арматуру и хомуты.
Рис. 4.9. Соединение балок по диафрагмам и по плите
Рабочую арматуру плиты проезжей части располагают всегда поперек направления главных балок пролетного строения. Исключение составляют плиты, опертые по всему контуру, т. е. передающие свои усилия как главным балкам, так и диафрагмам. Плиту считают опертой по контуру, когда расстояние между соседними диафрагмами меньше удвоенного расстояния между соседними главными балками. В этом случае рабочую арматуру плиты в нижней зоне устанавливают в двух перпендикулярных направлениях: поперек направления главных балок и вдоль.
Диафрагмы монолитных и сборных балок армируют верхней и нижней продольной рабочей арматурой и хомутами.
Лекция №19. Конструкция разрезных пролетных строений мостов с напрягаемой арматурой. Способы натяжения напрягаемой арматуры: на упоры и на бетон. Конструкции с арматурой, напрягаемой на упоры.
Разрезные пролетные строения с арматурой, напрягаемой на упоры, выполняют сборными и сборно-монолитными. В качестве исходных элементов применяют плитные и ребристые элементы.
Сборные плитные пролетные строения состоят из ряда блоков (см. рис. 4.1, а), уложенных параллельно друг другу и объединенных в поперечном направлении для обеспечения совместной работы. Блоки плитных пролетных строений назнача-. ют шириной 0,5—1,5 м. Для автодорожных и городских мостов разработаны унифицированные пролетные строения из пустотных плит длиной 6, 9, 12, 13 и 18 м. Толщина плит принята соответственно 0,3; 0,45; 0,6; 0,75 м. Ширина плит принята 1 м. В плитах пролетом 6 и 9 м пустоты выполняют круглыми (рис. 4.10, а), а при пролетах 12—18м — овальными (рис. 4.10, б).
Рис.4.10. Поперечные сечения элементов плитных пролетных строений
Напрягаемая арматура выполнена из семипроволочных прядей или из спаренных проволок диаметром 5 мм периодического профиля. Армирование блоков ненапрягаемой арматурой производится сварными сетками (рис. 15.11). Горизонтальные сетки плит (СП-3 и СП-4) изготавливают плоскими с шагом стержней 150 мм. Вертикальные сетки ребер (СР-12 и СР-14) имеют шаг стержней в среднем участке 200 мм, а на концевых участках для обеспечения восприятия поперечной силы шаг стержней принят 100 мм. Ненапрягаемая арматура выполнена из гладких круглых стержней горячекатаной стали класса A-I с диаметром стержней 8—12 мм.
Поперечное объединение плит осуществляется при помощи бетонных шпонок (рис. 4.12).
К плитным относятся также пролетные строения, составленные из двутавровых предварительно напрягаемых элементов (рис. 4.13), в которых полки примыкаются и образуют сплошные плиты. Объединение таких плит в поперечном направлении обеспечивается натяжением поперечной арматуры 1 в диафрагмах.
Рис. 4.11, Армирование элементов плитных пролетных строений:
1— сетка ребра; 2 — сетка плиты
Рис. 4.12. Узел омоноличивания блока плитных строений
Рис. 4.13. Плитные пролетные строения из двутавровых элементов: / - мучки для обжатия элементов; 2 — двутавровый элемент
Применяются и сборио-монолитные плитные конструкции пролетных строений. В них по сборным предварительно напряженным элементам в виде струнодосок 1 (рис. 4.14) укладывают бетон 2, объединяющий конструкцию. Конструкции струнодосок разработаны для пролетов до 10 м.
Для пролетов 12, 15, 18. 21, 24 и 33 м разработаны ребристые унифицированные предварительно напряженные пролетные строения с натяжением арматуры на упоры. В качестве напрягаемой арматуры применяют высокопрочную сталь, что позволяет экономить металл и создавать в арматуре высокие напряжения. Для удобства армирования высокопрочную проволоку диаметром 5 мм объединяют в пучки (рис. 4.15, а, б) с числом проволок от 18 до 60. Проволоки в пучке располагаются концентрически с обмоткой каждого ряда тонкой проволокой. Пучок может быть образован из готовых семипроволочных прядей (рис. 4.15, в). Для обеспечения передачи усилия на бетон после его твердения применяют каркасно-стержневые анкеры конструкции МИИТа (рис. 4.16). В анкере пучок расчленяется на четыре пряди. В образующуюся полость проникает бетон, который заанкеривает проволоки пучка в бетонном массиве балки.
При армировании балок используют прямолинейные и криволинейные пучки (рис. 4.17).
Рис. 4.14. Сборно-монолитные плитные пролетные строения: 1 - монолитный железобетон; 2 — сборные элементы
Рис. 4.15. Сечения пучков из напрягаемой арматуры
Рис. 4.16. Каркасно-стержневой анкер конструкции МИИТа: 1 — пучок; 2 — крестообразные упоры; 3 — скрутки из мягкой проволоки; 4 — стержень; 5 диафрагма с пазами; 6 —отверстие для заводки проволоки скруток
Рис. 4.17. Расположение пучков напрягаемой арматуры по длине балки
Наиболее технологическое решение получается при применении в нижнем поясе прямолинейной арматуры. Создаваемые при этом в нижнем поясе сжимающие напряжения обеспечивают трещиностоикость пояса в период эксплуатации. Но в стадии создания предварительного натяжения в верхнем поясе вблизи опор могут возникать большие растягивающие напряжения В этот период балка загружена только собственным весом и эксцентрично приложенной силой предварительного обжатия. Для предотвращения трещин в верхней зоне возникает необходимость ставить дополнительную ненапрягаемую и даже напрягаемую арматуру Эта арматура приводит к некоторому снижению несущей способности сечения из-за того, что в сжатом поясе заранее создаются сжимающие напряжения.
При армировании, балки криволинейными или полигональными пучками на приопорных участках создают усилие предварительного обжатия, приложенное под углом к горизонтали Вертикальная составляющая этого усилия вызывает появление на приопорных участках балки поперечной силы, знак которой противоположен знаку поперечной силы от внешних нагрузок. Уменьшение суммарной поперечной силы позволяет применять более тонкую стенку в приопорных сечениях и несколько снизить расходы стали на хомуты. Целесообразнее наклонные напряженные хомуты ее пи они ориентированы перпендикулярно траекториям главных растягивающих напряжениях.
В настоящее время наиболее широко применяются конструкции бездиафрагменных пролетных строений с натяжением пучковой арматуры на упоры. Их конструкция приведена на рис 4.18. Пролетное строение компонуется из цельноперевозимых балок таврового сечения (рис. 4.18, а). Изменение ширины проезжей части моста и ширины тротуаров достигается изменением количества балок, устанавливаемых по ширине моста. В небольших пределах изменение ширины моста достигается и за счет ширины продольных швов омоноличивания плит проезжей части Ширина балок 21 м, толщина ребер 16 см, толщина плиты проезжей части 15 см. в нижней части ребра имеют уширения для размещения пучков напрягаемой арматуры.
Рис. 4.18. Конструкция бездиафрагменных пролетных строений с арматурой, натягиваемой на упоры:
а — поперечное сечение пролетного строения; б — поперечные сечения балок на опоре и в середине пролета; в — схема размещения и анкеровки пучков по длине балки
Крайние балки пролетных строений отличаются от промежуточных количеством пучков, а также наличием односторонних выпусков арматуры для соединения балок между собой.
В зависимости от пролета балок и типа стенда, напрягаемая арматура и конструкция балок может быть различной. Получили распространение пучки по 15-24 проволоки диаметром 5 мм. Усилие с пучка на бетон передается описанным выше каркасно-стержневым анкером. Для усиления бетона в месте передачи сосредоточенного усилия перед анкером устанавливают спираль т обычной арматуры. Арматуру за анкером желательно выключать из работы, для чего ее изолируют паклей (рис. 4.18, в), пропитайной битумом, или обматывают бумагой на битумной обмазке. Такая изоляция предохраняет балку от нежелательного обжатия арматурой вблизи опор. Пучки напрягаемой арматуры располагают обычно в несколько рядов на расстоянии не менее 5 см один от другого. Защитный слой бетона от пучка до нижней или боковой грани должен быть не менее 4 см.
Рис. 4.19. Сечения балок тавровой формы без развитых нижних поясов и опорных утолщений
Кроме напрягаемой арматуры, балки имеют и ненапрягаемую арматуру в виде конструктивных продольных стержней и хомутов в стенке балки, сеток в плите проезжей части (рис. 4.18, б).
Пролетные строения данного типа разработаны длиной от 12 до 33 м.
Представляют интерес разработанные в последние годы в МИИТе пролетные строения с простейшей тавровой формой поперечных сечений без развитых нижних поясов и опорных утолщений (рис. 4.19).
По индивидуальным проектам конструкциями с натяжением на упоры в отдельных случаях перекрывались весьма большие пролеты. Так, в эстакадной части моста через р. Волгу у Саратова пролетные строения выполнены из предварительно напряженных балок П-обраэного сечения с расчетным пролетом 69,2 м. При ширине проезжей части 12 м и тротуаров по 2,25 м в поперечном сечении были расположены две П-образные балки шириной 4,0 м с промежутком между ними шириной 4 м, перекрытым плитой. В разрезных мостах в пролетных строениях применение балок такой длины нерационально.
Лекция №20. Конструкции разрезных пролетных строений с арматурой, напрягаемой на бетон. Составные по длине балки. Конусные анкеры для закрепления пучков.
В случае если не представляется возможным транспортировать цельноперевозимые балки, применяют пролетные строения, образованные из составных по длине балок (рис. 4.20, а) с натяжением арматуры на бетон.
В пролетных строениях с натяжением арматуры на бетон применяют балки таврового и коробчатого сечения с диафрагмами и без диафрагм. Более широкое применение получили простые в изготовлении тавровые балки без диафрагм. Каждую балку составляют из отдельных, заранее изготовленных блоков, армированных ненапрягаемой арматурой в виде каркасов (рис. 4.20, б) и сеток. Для размещения напрягаемой арматуры в блоках устраивают каналы, которые могут быть закрытыми или открытыми (наружными). Блоки изготавливают на заводах железобетонных мостовых конструкций. Балки пролетного строения получают путем укрупнительной сборки из блоков на площадке у строящегося объекта. Блоки устанавливают на площадке в проектной последовательности и омоноличивают по швам цементным раствором или клеем. После этого протягивают в каналы напрягаемую арматуру и создают в ней усилие натяжения, которое сразу передается бетону.
Проектом унифицированных сборных пролетных строений предусмотрены составные по длине балки длиной 15, 18, 24, 33, 42 м. Все промежуточные блоки приняты длиной 6 м, концевые — длиной 4,5 или 3 м.
Пучковая арматура проходит в закрытых каналах. Натяжение ее производят за два-три приема, первое натяжение осуществляют до отверждения клея. Это обеспечивает хорошее заполнение швов при минимальной их толщине.
Блоки армированы сварными сетками. В крайних блоках концевые участки каналов усилены спиральной арматурой.
Рис. 4.20. Составные по длине балки с натяжением арматуры на бетон
Рис.4.21. Конусные анкеры для закрепления пучков
На торцах установлены стальные листы толщиной 20 мм, которые служат упором для анкеров при натяжении пучков. Арматурные пучки выполнены кольцевыми из 24 проволок диаметром 5 мм. Часть пучков проходит прямолинейно по всей длине балки, другая отгибается вверх по прямолинейным каналам. Закрепление пучков на торцах балок обеспечивается конусными анкерами (рис. 4.21), состоящими из корпуса обоймы 2 и конусной пробки 1. Крайние балки пролетных строений, как и цельноперевозимые, отличаются большим количеством пучков напрягаемой арматуры и наличием закладных металлических деталей для крепления тротуарных блоков. Соединение балок между собой в продольных швах осуществляется с помощью обетонирования петлевых выпусков арматуры плиты.
Требования к расположению ненапрягаемой арматуры и к защитным слоям бетона такие же, как и для балок с натяжением арматуры до бетонирования.
Лекция №21. Температурно-неразрезные пролетные строения. Способы объединения пролетных строений в температурно-неразрезные. Достоинства конструкций.
Температурно - неразрезными называют пролетные строения, образованные путем объединения в уровне проезжей части разрезных балочных пролетных строений таким образом, что при горизонтальных и температурных воздействиях они работают как неразрезные и при вертикальных — как разрезные. Конструкция объединения должна обеспечивать восприятие горизонтальных усилий и не препятствовать повороту торцов пролетных строений.
Группа разрезных пролетных строений, объединенных в температурно-неразрезные (рис. 4.22), носит название цепи; узел сопряжения смежных пролетных строений в цепь называют шарнирным сопряжением; участок плиты, соединяющий пролетные строения,— соединительной плитой. Соединительная плита обеспечивает непрерывность одежды ездового полотна, исключает необходимость применения деформационного шва, обеспечивает более комфортное и безопасное движение транспортных средств.
При образовании цепи пролетных строений стремятся получать максимально возможную ее длину. Она зависит от конструкции и расстановки подвижных и неподвижных опорных частей. Конструкциями опорных частей обеспечивают температурные перемещения в обе стороны от середины цепи (см. рис. 15.22).
Рис. 4.22. Цепь температурно-неразрезных пролетных строений:
l—деформационный шов; 1 — соединительная плита; 3 — подвижные опорньк части; 4 неподвижная опорная часть
В зависимости от типа конструктивного решения пролетные строения могут быть объединены в тсмпературно-неразрезные цепи различными способами:
ребристые пролетные строения — по плите проезжей части в пределах всей ширины пролетного строения (рис. 4.23, а);
плитные пролетные строения — стыковыми накладками (рис. 4.23, б).
Объединение по плите проезжей части или части толщины плиты рекомендуется как основной тип объединения пролетных строений в температурно-неразрезные. Для обеспечения объединения сборных пролетных строений по плите проезжей части исходные элементы изготавливают с недобетонированной на концах плитой, имеющей горизонтальные выпуски арматуры (см. рис. 4.23, а). Длину недобетонированной части плиты принимают равной половине длины соединительной плиты. В пределах ее длины не допускаются вертикальные выпуски арматуры из ребра. Перед объединением смежных пролетных строений в цепь на ребра балок в пределах длины соединительной плиты укладывают упругие прокладки, которые распределяют угловые деформации плиты на всю ее длину. Длину соединительной плиты рекомендуется принимать не меньше расстояния между опорными сечениями смежных пролетных строений.
Объединение пролетных строений по части толщины плиты выполняют аналогично объединению их по полной толщине плиты.
Рис. 15.23. Способы объединения пролетных строений в температурно-неразрезные
При объединении пролетных строений с помощью стыковых накладок по концам плит при их изготовлении устанавливают закладные детали, к которым при монтаже приваривают стыковые накладки или стержни. Свободная длина накладок для обеспечения угловых перемещений должна быть не менее 10 см (см. рис. 15.23, б). При объединении пролетных строений из пустотны плит в продольный шов закладывают стержни. На длине 25—30 см их исключают из совместной работы с бетоном путем обертывания их рубероидом или полиэтиленовой пленкой.
Как ясно из описания температурно-неразрезных пролетных строений, их устройство связано с непростыми работами' по их объединению, а также с необходимостью применения опорных частей, обеспечивающих большие линейные перемещения. Положительный конечный эффект — повышение комфортности движения по мосту — может быть оправдан только в случае, если мост находится на дороге с асфальтобетонным покрытием. Если мост находится на дороге с цементобетонным покрытием, с часто расположенными поперечными швами, то применение температурно-неразрезных цепей по соображениям повышения комфортабельности движения по мосту теряет смысл, так как она не будет согласована с общими условиями движения по дороге.
Лекции №22. Расчет железобетонных балочных мостов. Предпосылки и методы расчета. Определение усилий в плите проезжей части.
Целью расчета и конструирования железобетонных пролетных строений является обоснование оптимальных размеров элементов пролетного строения с учетом обеспечения их прочности, трещиностойкости, жесткости и рационального использования в них бетона, напрягаемой и ненапрягаемой арматуры.
Расчет и конструирование элементов пролетных строений состоят из следующих этапов: назначения размеров, определения усилий в элементе, проверки его прочности, трещиностойкости, жесткости и корректировки его размеров.
Усилия в элементах определяют методами строительной механики на основе принимаемых расчетных схем с учетом конструктивного решения и особенностей монтажа. С целью упрощения расчетов допускается производить их в предположении упругой работы материала. Для статически неопределимых элементов усилия желательно определять с учетом ползучести и трещинообразо-вания в бетоне. Однако это возможно лишь с применением ЭВМ.
Существует много различных способов и методов, позволяющих с различной степенью точности определять усилия в элементах пролетного строения. Простейшие из «их ориентированы на ручные методы или применение калькуляторов, более сложные — на применение ЭВМ. Необходимо иметь в виду, что самые слож.-ные из них лишь приближенно отражают истинную картину усилий в элементах конструкции; они не позволяют точно предсказать усилия в элементах в связи с тем, что многие факторы, от которых зависят усилия, статистически изменчивы. Сравнительно точно можно предсказать лишь возможный диапазон значений, в пределах которого будет находиться истинное значение усилия. В связи с этим на первоначальном этапе обучения и становления инженера целесообразно освоить простейшие способы расчета, позволяющие при небольших затратах труда определить усилия с приемлемой для практики точностью и прочувствовать работу элементов, технологию расчета и физический смысл каждого его шага.
Ниже будут приведены в основном такие способы расчета. Более строгие методы приводятся в полных курсах проектирования железобетонных мостов. С ними можно ознакомиться по мере необходимости в процессе практической работы. Проектные организации обычно имеют библиотеку программ для выполнения более строгих расчетов с применением современных ЭВМ.
Проверку прочности сечений элементов производят по первому предельному состоянию в соответствии с третьей стадией напряженно-деформированного их состояния.
Предельные усилия в сечениях определяют исходя из следующих допущений:
сопротивление бетона при растяжении принимают равным нулю;
сопротивление бетона сжатию условно считают равным Rb и равномерно распределенным в пределах условной сжатой зоны х бетона;
растягивающие напряжения в арматуре ограничиваются расчетными сопротивлениями растяжению в ненапрягаемой Rs и напрягаемой Rp арматуре;
сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре ограничиваются расчетными сопротивлениями сжатию Rsc, а в напрягаемой—наибольшими сжимающими напряжениями σрс, принимаемыми по условию предельного сжатия бетона не более 500 МПа. Расчеты трещиностойкости элементов предусматривают проверки образования, раскрытия и закрытия трещин. Они относятся к расчетам по второй группе предельных состояний и основаны на рассмотрении I и II стадий напряженно-деформированного состояния элементов.
Расчеты жесткости производят с целью предотвращения больших общих деформаций пролетных строений под проходящей временной нагрузкой.
В процессе выполнения рассмотренных выше проверок выявляется возможность уменьшения или необходимость увеличения предварительно принятых размеров сечения, диаметров стержней арматуры, шага их расстановки и т. д. На этом основании производят корректировку размеров на следующем шаге последовательного приближения к оптимальным размерам.
При расчете и конструировании пролетного строения с применением ЭВМ можно определять усилия и корректировать размеры сразу для всех элементов пролетного строения и в ходе последовательного приближения быстро получать оптимальные размеры этих элементов.
При ручных расчетах традиционной является такая последовательность рассмотрения элементов: плита проезжей части, продольные и поперечные балки, главные балки или фермы. При такой последовательности в процессе расчета и конструирования постепенно накапливаются данные, необходимые для последующих стадий расчета.