Файл: Толмачев, К. Х. Регулирование напряжений в металлических пролетных строениях мостов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
эпюра моментов от веса плиты, ординаты которой помножены на коэффициент ф, учитывающий, что момент Мч будет воспринимать ся объединенным сечением балки. В результате получили эпюру моментов, приведенную на рис. 50, г.
Так, последовательно используя две системы подмостей на тре
угольных фермах, были забетонированы плиты проезжей части всех пяти пролетов. Вслед за бетонированием плит устанавливали и заклепывали элементы стыков между балками смежных пролетов. Превращение пролетного строения в пятипролетную неразрезную балочную систему завершилось бетонированием плит проезжей ча сти над опорными стыками и передачей опорного давления на опор-
Рис. 51. Последовательное изменение эпюр моментов при регу лировании напряжений моста через р. Майн
ные части. Таким образом, при загружении системы второй частью постоянной и временной нагрузками пролетное строение работало как неразрезная балка с соответствующим распределением изгиба ющих моментов.
На рис. 51 представлено последовательное изменение эпюры моментов при регулировании напряженного состояния пролетных строений моста через р. Майн во Франкфурте.
Эпюры / стадии (см. рис. 51) соответствуют предварительному напряжению стальных балок путем поддомкрачивания их в середи не пролета. После дальнейшего загружения системы, превращен ной в пятипролетную неразрезную балку, будут иметь место эпю ры II. Окончательные эпюры изгибающих моментов получатся как сумма эпюр I + II.
В результате применения такого приема регулирования удалось значительно уменьшить величины как пролетных, так и опорных изгибающих моментов. Для сопоставления на рис. 51 приведена
эпюра (III) изгибающих моментов такой же неразрезной балки,
но осуществленной без применения регулирования. Ясно, что сопо
ставление эпюр дает следующие неравенства:
Мо >Mi + !i; Л1б > Л1,;: М-> М, . . . и т. д.
Из этих неравенств следует, во-первых, уменьшение веса металла, потребного для изготовления балок, и, во-вторых, избавление уча-
91
стков железобетонной плиты проезжей части, находящихся в зоне
отрицательных моментов, от больших растягивающих напряжений.
Изложенные приемы регулирования, сводящиеся к приложению временных сил для придания балкам предварительного напряже
ния, ограничены величиной пролета балок.
Как было сказано ранее, потенциальная энергия предваритель ного изгиба в балке сохраняется за счет передачи предваритель ных усилий на отвердевшую плиту проезжей части моста. При
этом использовался резерв прочности плиты, образующийся в ос-
//
б<б '
6=6-6 2 ’ 2
Рис. 52. Эпюра нормальных напряжений при натяжении тросов ди бетонирования и после бетонирования плиты
новном за счет того, что плита работает только на вторую часть
постоянной и на временную нагрузки. Именно за счет большого на
пряжения плиты создавалась возможность вызвать в стальной балке обратные изгибающие моменты и тем самым сократить ее вес.
Выше было сказано, что объединенные предварительно напря женные балки можно также получить с помощью натяжения тро сов с применением приемов, изложенных в главе III. Причем ме таллическую часть объединенных балок можно напрягать:
до объединения балки с железобетонной плитой проезжей части
(первичное натяжение); до объединения балки с железобетонной плитой с дальнейшей
вторичной подтяжкой отдельных тросов с целью компенсации уса дочных напряжений, выравнивания напряжений в уже объединен
ной балке или для включения плиты в |
более интенсивную работу |
с балками; |
плиты для достижения |
после объединения балки с бетоном |
предварительного напряжения объединенной балки.
В первом случае напряженное состояние объединенной балки будет результатом суммирования целого ряда эпюр нормальных
напряжений (рис. 52). Прежде всего получится (рис. 52, а) эпю ра I, являющаяся суммой эпюр напряжений от собственного веса
92
балки и предварительного напряжения растяжением троса, распо ложенного у нижнего пояса. На этом этапе напряженного состоя
ния наблюдается сжатие нижнего и растяжение верхнего |
пояса |
||
балки. Трос при этом будет растянут усилием Zi. |
эпю |
||
Второй этап |
напряженного состояния |
характеризуется |
|
рой II (см. рис. |
52, а), образовавшейся в |
результате загружения |
балки бетоном плиты. В этом случае уменьшаются предваритель ные сжимающие напряжения в нижнем поясе балки, т. е. п2 < 0ь
Усилие .в тросе Z2^> Z\.
Вторая часть постоянной и временной нагрузок будет воспри ниматься объединенным сечением. Эпюра III (см. рис. 52, а) обра зуется за счет алгебраического сложения эпюры II в стальной бал ке и эпюры напряжений во второй части постоянной и временной нагрузок в объединенном сечении. В результате напряжение в ниж нем поясе Оз будет растягивающим и по своей величине может до стигать допускаемых напряжений. Растягивающее усилие в тро
се Z3 при этом еще больше возрастет. Полученное напряженное со стояние может быть видоизменено в желаемо.м направлении путем подтяжки или ослабления тросов после приобретения бетоном
плиты надлежащей прочности.
На рис. 52, б изображены эпюры нормальных напряжений в случае, если тросы напрягают после объединения плиты с балкой. Из анализа эпюр напряжений (см. рис. 52,6) можно сделать вывод,
что предварительное напряжение балок при помощи тросов позво
ляет создать пролетные строения с незначительным напряжением плиты проезжей части. Последнее является следствием того, что потенциальная энергия предварительного напряжения балок сохра няется за счет натяжения тросов, а не дополнительного напряже ния плиты, как в случае предварительного изгиба балок приложе нием временных сил, действующих нормально к оси балок.
Отсюда напрашивается вывод, что создание объединенных ба лок с предварительным напряжением при помощи натяжения тро сов открывает возможности применения их для перекрытия боль ших пролетов.
РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИИ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБЪЕДИНЕННЫХ БАЛКАХ КОНСОЛЬНЫХ И НЕРАЗРЕЗНЫХ СИСТЕМ
Особенностью объединенных балок консольных и неразрезных систем является то, что плита проезжей части попадает в зону отрицательных моментов и выключается из работы объединенного сечения.
Для предотвращения трещин в растянутой зоне бетона уста навливают специальную арматуру и учитывают ее в совместной
работе с верхним поясом на растягивающие усилия от второй части постоянной и временной нагрузок.
Недостатком этого решения является нерациональное использо вание этой дополнительной арматуры. В самом деле, расчетные фибровые напряжения верхнего пояса металлической балки скла
93
дываются из напряжений от нагрузок при двухстадийной работе объединенной балки, в то время как в арматуре плиты возникают напряжения только от нагрузок второй стадии.
Первая часть напряжений составляет для балок средних проле тов от 50 до 60% от допускаемых, т. е. 700—800 кг/см2. Следова тельно, для нагрузок второй стадии остается до исчерпания допу
скаемых напряжений металла верхнего пояса только 40—50%, т. е. 600—700 кг/см2. Соответствующее напряжение арматуры плиты с учетом большего плеча ее относительно центра тяжести объединен ного сечения будет равно примерно 700—800 кг/см2, что значитель но меньше допускаемого напряжения для арматуры.
Учитывая это, можно при расчете дополнительной арматуры плит и расположенной в растянутой зоне балки исходить из усло вия ограничения раскрытия трещин до пределов, при которых не
нарушается нормальный режим эксплуатации сооружения. При чем при достаточном сечении арматуры для ограничения раскры тия трещин бетона можно полностью использовать допускаемые напряжения, т. е. недопустить перерасхода арматурной стали.
В практике проектирования консольных и неразрезных мостов для уменьшения растягивающих напряжений в бетоне рекомендует
ся иногда увеличивать высоту балок в зоне опорных моментов.
Действительно, в этом случае удлинение волокон верхней поверх ности плиты будет соответствовать напряжениям в верхнем поясе металлической балки и поэтому напряжения будут меньше, чем в балке постоянной высоты. Однако этим решением невозможно до биться чувствительного снижения растягивающих напряжений. Кроме того, увеличение высоты балок над опорами сильно услож
няет технологию их изготовления. Поэтому это решение нельзя признать целесообразным.
В последнее время при создании объединенных балок неразрез
ных и консольных систем применяют пассивные, с использованием конструктивных приемов, или активные, с предварительным напря жением плиты, принципы регулирования.
Из пассивных приемов регулирования прежде всего необходимо назвать создание конструкций, при которых плита в растянутой зо не исключается из совместной работы опорного сечения, что неод нократно применялось при проектировании и постройке мостов. Например, в проекте моста через р. Днестр с тремя неразрезными балками пролетами по 42,79 м на участках, где плита попадает в растянутую зону, не была предусмотрена постановка упоров и ан керов (рис. 53, а). Этим решением предполагалось, что на участках
длиной по 7,06 м в каждую сторону от промежуточной опоры сов местная работа плиты с балкой будет исключена. Такое предполо жение не совсем верно, так как при отсутствии специально постав ленной арматуры неизбежно появление в бетоне поперечных трещин.
В другом проекте моста через р. Днестр, помимо отсутствия упоров в зоне действия отрицательных моментов, плита была зара нее разрезана поперечными швами (рис. 53, б) с расстоянием меж-
94
ду ними 4—5 м, чем были созданы организованные трещины
Поэтому специального армирования в этом случае не преду
смотрено.
Рис. |
53. Продольный вид |
неразрезных балок с отсутствием упоров |
||||
|
в |
зоне |
возникновения |
отрицательных изгибающих моментов: |
||
|
|
|
|
|
|
/— швы в плите |
Это решение является бо |
|
|||||
лее правильным, но в то |
|
|||||
же время обладает одним |
|
|||||
существенным |
|
недостат |
|
|||
ком. |
Наличие |
большого |
|
|||
числа |
часто расположен* |
|
||||
ных швов в плите ухуд |
|
|||||
шает условия |
эксплуата |
|
||||
ции моста. |
|
отделен |
|
|||
Искусственно |
|
|||||
ную |
от |
верхнего |
пояса |
Рис, 54. Расчетная схема при отсутствии упо |
||
балки |
плиту |
можно |
рас |
ров в зоне отрицательных моментов |
сматривать как своеобраз
ный бетонный шпренгель, участвующий в совместной работе с ме
таллической балкой. При рассмотрении напряженного состояния сечения объединенной системы на участке прерванных связей мож но вывести уравнение для определения величины внутренних сил
(рис. 54).
Из условия равенства деформации крайних фибр бетона и ме
талла в соединительном |
шве |
|
|
|
Xd =--------1 + f |
adx |
+-—- I - С |
h°dx. (69) |
|
J £б/б |
£ctfct |
J Ест/ст |
' 7 |
|
X —О |
|
|
X =0 |
|
95
Так как линии изгиба железобетонной плиты и стальной балки
-овпадают также и на участке |
исключенных связей, |
то |
|||||||
|
|
М6 |
= |
Мо -- Nc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
^СТ^СТ |
|
|
|
|
(70) |
|
|
|
|
|
Мо — Nc |
|
|
|
||
|
|
ЛГСТ = |
Е I |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
^СТ'СТ |
|
|
|
|
|
|
fстАст + £б/б |
|
|
|
|||
Из уравнений |
|
(69) |
и (70) |
следует: |
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
X = 1 |
__ M°~Nc. ~Cdx |
|
||
.V/ |
— 4 |
= С |
|
||||||
|
|
||||||||
|£6F6 |
Т^СтТ'ст |
J |
адт + £6/б |
|
|
||||
X =0 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nl |
1 |
|
1 |
| |
|
|
|
|
|
Еб^б |
|
ст |
7^ст/ст + £б/б |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т^ст^ст + Еб1б |
|
|
|
|
||
После преобразования и |
подстановки |
|
|
|
|||||
|
|
/v = /ct + ^стУ?т+ ~ (4 -4 |
Ъ>Уб2) |
получим: |
|||||
|
|
|
X ® 1 |
|
|
|
|
(71) |
|
|
|
|
|
j Madx^^-Mz„ |
|
||||
|
|
|
X — О |
|
|
|
|
|
|
где Мср — средняя величина внешнего изгибающего |
момента на |
||||||||
участке I. |
|
|
формулой |
учитывается участие |
|||||
Как видно из формулы (71), |
|||||||||
железобетонной плиты в работе балки на изгиб. А. |
Гойшен реко |
||||||||
мендует эту формулу для расчета любых систем, как |
статически |
определимых, так и статически неопределимых, при любом положе нии участка прерванных связей. Особенность каждой системы при этом учитывается величиной, которая является по сути интегралом момента внешних сил, действующего на участке плиты без связи с балкой, поделенным на длину этого участка:
X = 1
Мср = у J Mvdx.
X = О
Факт возникновения продольной растягивающей силы N по
формуле (71) и является тем недостатком, который свойственен конструктивному приему уменьшения растягивающих усилий в пли те за счет прерывания связей в зоне возникновения отрицательных изгибающих моментов.
Мб