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: 52
Скачиваний: 0
Как показывают данные экспериментальных исследований, уп ругие деформации бетона незначительны по сравнению с деформа циями связей и не оказывают влияния на результаты расчетов. Ширина плиты, входящая в состав тавра объединенного сечения,
поэтому не ограничивается и может быть принята равной расстоя нию между осями балок и при любом расстоянии между ними.
Приведенные в таблице формулы выведены для разрезных си стем. При использовании готовых решений для расчета неразрез-
Рис. 56. Эпюры нормальных и сдвигающих сил в объединен ных двухпролетных балках с гибкими упорами:
/ — для нормальной силы в |
бетоне; |
II — для сдвигающей |
силы в соединении; |
||
1 — сплошная линия — при жестких |
связях; |
2 — пунктирная линия — |
при упругих связях |
|
|
8 К. X. Толмачев |
|
101 |
пых балок система рассматривается как однопролетная, опираю щаяся на крайние опоры, а опорные реакции промежуточных опор прикладываются как внешняя нагрузка. Значения опорных реакций определяются предварительно, как для обычных неразрезных балок с жесткими связями.
Для суждения о степени влияния упругости связей на распреде ление усилий в сооружениях на рис. 56 даны эпюры нормальных
и сдвигающих сил для двухпролетного неразрезного моста с про
|
|
летами 2 X 60 |
м при |
жест |
|||||
|
|
ком |
и |
упругом |
соединении |
||||
|
|
плиты с главными балками. |
|||||||
|
|
Как видно из эпюр, при уп |
|||||||
|
|
ругих |
связях |
достигается |
|||||
|
|
существенное снижение нор |
|||||||
|
|
мальных и сдвигающих сил. |
|||||||
|
|
Особенно сказывается влия |
|||||||
|
|
ние упругости связей в зоне |
|||||||
|
|
сосредоточенных |
усилий, |
||||||
|
|
где при |
жестком соединении |
||||||
|
|
возникают |
пики |
изгибаю |
|||||
|
|
щих |
моментов. |
Благодаря |
|||||
|
|
упругости |
связей |
скачкооб |
|||||
|
|
разно |
изменяющаяся |
сила |
|||||
|
|
распределяется |
на большой |
||||||
|
|
длине и пики сглаживаются. |
|||||||
|
|
Снижающий |
эффект уп |
||||||
|
|
ругих связей |
в |
очень |
боль |
||||
Рис. 57. Конструкция гибких упоров |
и шой степени |
зависит от со |
|||||||
I — главная |
связей: |
отношения жесткостей сталь- |
|||||||
балка; 2 — продольная балка |
НОЙ бЗЛКИ И ЖСЛеЗОбеТОННОЙ |
||||||||
|
|
плиты. |
При /ст, |
ВО |
МНОГО |
||||
раз большем Iб, напряжения в бетоне снижаются, а в стали повы |
|||||||||
шаются, в |
особенности в верхней |
полке. |
Таким |
образом, область |
возможного применения конструкции этого типа — мосты больших
пролетов с пролетными строениями, составленными из мощных ме таллических балок со сплошной стенкой.
Гибкие связи могут быть осуществлены при применении гибких
упоров (рис. 57, а), горизонтальных ферм, упруго связывающих плиты (рис. 57,6) с главными балками (предложение Н. Гомбер га), этажно расположенных поперечных балок в качестве гибких связей (предложение В. И. Киреенко) (рис. 57, в).
Решение, предложенное Н. Гомбергом, с дополнительными про дольными балками проезжей части, жестко соединенными с плитой и упруго связанными с главными балками при помощи горизон тальных ферм, неоднократно применялось при постройке мостов и дало положительные результаты. Предложение канд. техн, наук В. И. Киреенко является также целесообразным, так как по его расчетам учет упругости в совместной работе железобетонной пли ты с главными балками при проектировании городского моста че-
102
рез р. Днепр в Киеве мог бы дать сокращение веса металла
до 5—7%.
Вообще же экономия стали главных балок при учете упругости в их совместной работе с железобетонной плитой получается не сколько меньшая, чем при обычных объединенных конструкциях,
и зависит от степени упру гости связей. Весьма суще ственным эффектом, до стигаемым применением упругих связей, является снижение растягивающих напряжений в бетоне на участке отрицательных
моментов, которое дости гает 80—85% и также за висит от степени упруго сти связей. Чем меньше жесткость связей, тем большее снижение напря
жений. Возможность сни жения растягивающих на пряжений в плите проез
жей части |
при |
примене |
|
||
нии |
упругих связей была |
|
|||
практически использована |
|
||||
при |
постройке |
мостов. |
|
||
Примером |
этого |
может |
Рис. 58. Схема расположения балочной |
||
служить |
висячий |
мост |
клетки, ветровых связей и раскосной систе |
||
через р. Рейн, около Кель |
мы висячего моста через р. Рейн: |
||||
на 1 |
с тремя |
пролетами |
/ — продольные балки; 2 — гибкие связи; 3 — по |
||
перечные балки |
|||||
94,5 + 378,0 + 94,5. |
|
|
К кабелям этого моста подвешены металлические балки жестко сти высотой 3,30 м со сплошными стенками, с которыми шарнирно сопряжены поперечные балки (рис. 58).
Наибольший интерес представляет система горизонтальных связей, расположенных в уровне низа продольных балок. Вдоль каждой балки жесткости на расстоянии 3,31 м расположены пояса горизонтальных связей полураскосной системы. Полураскосы вет
ровой фермы, кроме того, соединены с продольными балками в ме
стах их опирания на поперечные балки.
Таким образом, получается жесткая система связей, работаю щая совместно с балочным ростверком и плитой проезжей части.
Пояса горизонтальных связей упруго связаны с балками жест кости при помощи горизонтальных ферм раскосной системы. По скольку горизонтальные связи представляют одно целое с продоль
ными балками, наличие упругой связи наряду с другими приемами
регулирования, примененными при монтаже, дало |
возможность |
1 Der Stahlbau. 1955, № 7, 8. |
103 |
8* |
создать плиту проезжей части висячего моста без разделения ее
поперечными швами на части.
Большое распространение при постройке неразрезных и консоль ных мостов нашли себе активные методы регулирования с исполь зованием предварительного напряжения, особенно в Германии, где из 130 городских мостов с объединенными балками, построен ных за последнее десятилетие, 116 имели предварительно напря женную плиту.
Предварительное напряжение железобетонных плит неразрез ных и консольных мостов можно осуществить следующими мето дами:
последовательностью работ по бетонированию плиты; регулированием уровней опор неразрезных балок;
применением временных опор при бетонировании плиты проез жей части;
применением предварительно напряженной арматуры.
В основу первых трех методов положено придание металличе ским балкам до бетонирования плиты деформаций, обратных по знаку рабочим деформациям. После приобретения бетоном плиты надлежащей прочности балка возвращается к первоначальному со стоянию, создавая в плите предварительные напряжения нужного
знака. Четвертый метод сводится к предварительному напряжению самой плиты.
Принцип предварительного напряжения плиты проезжей части
путем применения определенной последовательности работ сводит ся к тому, что до бетонирования плиты в зоне растяжения создают в металлической конструкции отрицательный момент ДМ, равный или больший изгибающего момента от постоянной и временной на грузок Л1Ч -гр, т. е. Д/И> Мц-р.
Если после приобретения бетоном плиты необходимой прочно сти силы, вызывающие дополнительный момент ДМ, удалить, то вследствие упругости металла прогиб, вызванный моментом ДМ, будет уменьшаться, придавая плите предварительное сжатие. Вы бором величины ДМ можно или полностью устранить возникнове ние растягивающих напряжений, или свести их к допустимой вели
чине. |
|
|
|
постройке |
|
Подобный метод регулирования был применен при |
|||||
моста через р. Иртыш |
из |
двухконсольных |
балок |
с |
проле |
тами 109,0 м. На концы |
консолей опираются |
подвесные |
балки |
||
с пролетами 82,0 м (см. рис. |
49). |
|
|
|
. Создание необходимого напряженного состояния в консольных балках достигнуто следующей последовательностью производства работ.
Смонтированное пролетное строение работало как обычная двухконсольная система с двумя подвесками (рис. 59, а). В первую очередь бетонировали плиту проезжей части на подвесных балках, что вызвало над опорами и в пролете консольной балки отрица
тельный изгибающий момент АГ (рис. 59,6).
104
Дополнительный отрицательный момент в металлической балке на время бетонирования плиты и приобретения бетоном необходи мой прочности был достигнут загружением подвесных балок балла стом в два этапа.
Рис. 59. Последовательность бетонирования плиты при по стройке моста через р. Иртыш
На первом этапе загружения над опорой и в пролете консоль ной балки получен дополнительный отрицательный момент Mi (см. рис. 59,6). После этого бетонировали плиту проезжей части в среднем пролете на участке длиной 43,6 м, что вызвало возник новение в середине пролета изгибающего .момента Мп (рис. 59, в). По истечении времени, достаточного для приобретения оетоном
105
необходимой прочности, осуществлялся второй этап загружения балластом подвесных балок, что привело к дальнейшему увеличе
нию |
опорных изгибающих |
моментов |
на |
величину |
Ми = М |
||||
(рис. |
59, б). |
|
|
Загружение балластом |
|||||
|
|
|
в |
||||||
|
|
|
два |
этапа |
вызвано |
||||
|
|
|
стремлением |
уменьшить |
|||||
|
|
|
величину предварительно |
||||||
|
|
|
го |
сжатия |
плиты в сред |
||||
|
|
|
ней |
части пролета |
после |
||||
|
|
|
удаления балласта с под |
||||||
|
|
|
весных балок. При приня |
||||||
|
|
|
том |
порядке загружения |
|||||
|
|
|
подвесных |
балок |
балла |
||||
|
|
|
стом |
в |
железобетонной |
||||
|
|
|
плите |
среднего |
участка |
||||
|
|
|
пролета |
двухконсольной |
|||||
|
|
|
балки |
будет |
возникать |
||||
|
|
|
предварительное |
сжатие |
|||||
Рис. 60. Предварительное напряжение пли |
от |
|
погашения |
момента, |
|||||
ты |
объединенных неразрезных |
ферм |
вызванного |
первым эта |
|||||
|
|
|
пом загружения. |
|
|||||
Укладкой бетона на крайних участках |
пролета и на консолях |
двухконсольной балки (см. рис. 59, г) завершают работы по бетони рованию плиты проезжей части моста. При этом загружении воз никли изгибающие моменты: в середине пролета М и над опора ми ЛИ.
В результате такого порядка работ устраняется возникновение растягивающих напряжений в плите, расположенной в зоне отри цательных моментов.
Удалив балласт с подвесных балок (рис. 59, д), после приобре
тения бетоном плиты необходимой прочности получим положитель
ный момент (Mi + Мп), действие которого будет связано с предва рительным сжатием плиты над опорами консольной балки. Причем величину предварительного сжатия плиты задают с учетом неиз бежных потерь от усадки и ползучести бетона, а также в зависи мости от величины растягивающих напряжений, которые возникнут в плите от временной нагрузки.
Предварительное напряжение путем регулирования уровней опор неразрезных балок возможно одним из трех способов.
1. Балку монтируют с предварительным строительным подъе
мом (рис. 60, а). После бетонирования плиты и затвердения бе тона уровень опор приводят в нормальное положение и тем самым
вобъединенной балке вызывают предварительные напряжения.
2.Балку монтируют в проектном положении (рис. 60,6). Выгиб ее создают путем перемещения промежуточных опор вверх дэ
укладки бетона. После бетонирования плиты и приобретения бето ном надлежащей прочности промежуточные опоры возвращаются
106 •
в первоначальное положение. По этой причине в плите объединен
ной балки возникает предварительное напряжение.
3. Балку монтируют с приданием промежуточным опорам
строительного подъема с последующим выгибом балки до полной величины. Этот способ, являющийся комбинацией первого и вто рого, позволяет снизить суммарные напряжения на пролетных участках неразрезных балок и достигнуть более равномерной эпю ры изгибающих моментов.
Рис. 61. Схема регулирования |
напряжений в пролетном |
строении моста |
у |
Денкендорфа: |
2 — положение при |
1 — пунктирная линия — подъем перед укладкой бетона в плиту; |
||
|
монтаже |
|
В многопролетных неразрезных балках приходится считаться с влиянием изгибающих моментов, вызванных регулированием смеж
ных опор, которые не всегда совпадают по знаку с моментом пред варительного напряжения. Если перемещения смежных опор сни зят или сведут к нулю, то может иметь место эффект предвари тельного напряжения. По этой причине необходимо рекомендовать метод регулирования опор, предложенный инж. Б. А. Ягубовым.
В. И. Киреенко рекомендует для получения равномерной сум марной эпюры предварительно напрягающих изгибающих моментов перемещать промежуточные опоры так, чтобы опорные точки лежа ли на квадратной параболе. В этом случае суммарная эпюра пред варительных изгибающих моментов получается в виде трапеции или многоугольника.
Приведем пример регулирования напряжений при строитель стве моста у Денкендорфа1, осуществленного с предварительным напряжением бетона плиты путем регулирования уровня опор. Мост имеет семипролетное неразрезное балочное металлическое строение (рис. 61), объединенное с железобетонной плитой проез жей части толщиной в среднем 21 см.
Монтировали балки по параболической кривой с превышением над средними опорами около 1,5 м и последующим изгибом про летного строения выпуклостью вверх еще на 1,5 м.
1 Bauingenieur. 1954. № 5.
107