Файл: Крыльцов, Е. И. Современные железобетонные мосты [монография].pdf

по нормальным сжимающим напряжениям; допустимую величину трещин устанавливают в зависимости от вида арматуры и условий эксплуатации.

На основании соответствующих исследований в СССР и за ру­ бежом рекомендован дифференцированный подход к назначению величины раскрытия трещин в железобетоне в зависимости от по­ ложения поверхности, на которой она расположена, а также от среды, в которой эксплуатируется мост. Например, в США для же­ лезобетонных конструкций при эксплуатации в обычных условиях с защитой поверхности пленочными покрытиями допустимая вели­ чина раскрытия трещин рекомендована равной 0,25—0,3 мм, при применении химикатов для борьбы с обледенением проезжей части, а также при эксплуатации в зоне морского тропического климата

лена для нижних и вертикальных увлажняемых поверхностей в 0,2 мм, а для наклонных — 0,1 мм.

Опыт эксплуатации железобетонных пролетных строений пока­ зывает, что расчетные трещины в конструкции не снижают ее дол­ говечности, не вызывают усталостного разрушения и коррозии арматуры. Поэтому в последнее время получили распространение конструкции с уменьшенным, т. е. с неполным обжатием бетона, допускающим возможность возникновения в бетоне растягивающих напряжений, соответствующих появлению трещин с ограниченной величиной раскрытия от временных нагрузок.

Усилия натяжения арматуры на бетон с неполным обжатием назначают по условиям трещиностойкости и связанной с ней кор­ розии арматуры в конструкции. В этом случае величина раскрытия трещин от временных нагрузок не превосходит для проволочной арматуры 0,1—0,15 мм. При напрягаемой стержневой арматуре ве­ личина расчетного раскрытия трещин несколько больше.

Однако расчетные данные появления и раскрытия трещин часто не соответствуют действительному напряженному состоянию, зави­ сящему, помимо действующих силовых нагрузок, от состава бето­ на, условий изготовления, его возраста при загружении, характера распределения деформаций и других факторов. Поэтому в некото­ рых зарубежных странах также назначают дополнительно величины напряжений растяжения, которыми регламентируют с опреде­ ленным запасом величину раскрытия трещин. По опытным зару­ бежным данным, в зависимости от характера армирования появле­ ние трещин обычно вызывают растягивающие напряжения от 50 до 70 кгс/см2 (большие значения напряжений соответствуют кон­ струкции с рассредоточенной по сечению арматурой, меньшие — с концентрированной).

Под циклическим воздействием нагрузок в железобетонных кон­ струкциях наблюдаются усталостные явления и связанное с ними снижение несущей способности и трещиностойкости. Ввиду увели­ чения интенсивности движения во многих странах мира возникла

45

необходимость проведения специальных исследований, а также уточнения методов расчета и расчетных сопротивлений. Проф. Абельс (США), учитывая вероятность проявления, рекомендует не допускать трещин в конструкциях от нагрузок, превышающих 1% от расчетных при цикле в 10 млн. загружений. В этом случае кон­ струкции с неполным обжатием надежно работают на переменные нагрузки, так как микротрещины и видимые трещины открываются и закрываются без дальнейшего развития. Это обстоятельство име­ ет особое значение для автодорожных и городских мостовых кон­ струкций, в которых в эксплуатационный период в основном воз­ никают усилия, составляющие небольшую долю от расчетных.

Учет вероятности проявления расчетных нагрузок показывает, что продолжительность раскрытия трещин за период эксплуатации конструкции исчисляется коротким сроком и, следовательно, в обычных атмосферных условиях не влияет на коррозийную стой­ кость арматуры.

В то же время при уменьшенном обжатии снижаются местные напряжения в местах анкеровки арматуры, сокращаются возмож­ ности проявления отдельных дефектов во времени. По мнению не­ которых зарубежных специалистов, предварительно напряженные конструкции с неполным обжатием, обладая меньшей жесткостью, более надежны в работе на динамические нагрузки. Пролетные строения с неполным обжатием построены в ЧССР, ФРГ, Англии, США и некоторых других странах, а также в европейской части

СССР, где изготовлено и установлено около 400 балок автодорож­ ных пролетных строений длиной 16,76; 22,16 и 32,96 м.

Разработанные Киевским филиалом Союздорпроекта на базе типовых конструкций автодорожные пролетные строения пролета­ ми 15—30 м с неполным обжатием бетона позволили сократить расход напрягаемой арматуры на 10—15% с одновременным сни­ жением усилий обжатия. Проведенные испытания этих конструк­ ций показали существенные запасы против образования трещин. При величине испытательной нагрузки, равной 0,9—1,25 от расчет­ ной, вследствие включения дорожного покрытия в совместную работу и повышенной растяжимости бетона при напряжениях поряд­ ка 30—60 кгс/см2 видимых трещин не было обнаружено. Примене­ ние неполного обжатия в балочных конструкциях позволяет сни­ зить строительную высоту, что особенно важно для специфических условий: например, для сооружения путепроводов и эстакад с по­ вышенными архитектурными требованиями или в случае необхо­ димости сохранения существующих габаритов проезда.

Целесообразность применения неполного обжатия возрастает с увеличением пролета. В статически неопределимых системах при наличии минимального М\ и максимального Мг изгибающих момен­ тов от временной нагрузки для случая, исключающего появление расчетного растяжения, необходимо существенное повышение сжи­ мающих напряжений в период создания предварительного напря­ жения для восприятия АМ=Ш2—Mi. Расчеты на прочность в этом случае могут дать завышенные результаты.

46

напряжения в элементе. На этой стадии работы элемента дейст­ вует собственный вес его и предварительное напряжение. Опреде­ ляющим, как правило, является сжатие в бетоне нижней фибры. Эпюра Б соответствует работе элемента под наибольшими экс­ плуатационными нагрузками. В этой стадии геометрию сечения определяют фибровые напряжения в бетоне по верхнему и нижне­ му поясам, а также растяжение в арматуре. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях с полным обжатием нижнего пояса растягивающих напряжений на этой стадии не до­ пускается. Эпюры Л и £ соответствуют работе материалов в упру­ гой стадии. Эпюра В — расчетная по прочности при проверке кон­ струкций принятым в СССР методом предельных состояний; с не­ которыми изменениями она используется в отдельных зарубежных странах.

Идентичность расчетных проверок отечественных и зарубежных предварительно напряженных конструкций в стадиях работы, соот­ ветствующих эпюрам А и Б, а также для некоторых случаев

работа бетона на растяжение при эксплуатации. Создание высоких сжимающих напряжений в бетоне при обжатии находится в пря­ мой зависимости от силы предварительного напряжения. Поэтому при одном и том же диапазоне работы бетона для однотипной кон­ струкции расход напрягаемой арматуры тем больше, чем выше за­ данные сжимающие напряжения ее от натяжения.

Так как зависимость пластических деформаций от величины сжимающих напряжений нелинейная, то при высоких значениях предварительного сжатия эффективный диапазон работы бетона от стадии А до стадии Б сокращается.

Один из способов, способствующих повышению эффективности железобетонных мостов, — это сокращение объемов конструкций за счет повышения прочности материалов.

47

Применение тяжелых бетонов высокой прочности марок 600 и 700 позволяет снизить собственный вес конструкции и их строитель­ ную высоту, а также улучшить технологию изготовления.

Ленгипротрансмостом составлено проектное задание опытного железнодорожного пролетного строения длиной 34,2 м из бетона М-700. Пролетное строение в основном повторяет применяемые типовые конструкции — оно двухблочное, предварительно напря­ женное с ездой на балласте и рассчитано под временную нагрузку С-14. За счет применения М-700 удалось снизить строительную вы­ соту на 10%, уменьшить объем бетона на 10—15% и уменьшить массу блока с изоляцией на 8—12%. Для пролетного строения длиной 34,2 м снижение массы блока — весьма существенный фак­ тор, так как дает возможность блоки с уложенной на заводе изо­ ляцией перевозить по железной дороге на открытом подвижном составе как габаритный груз.

Бетоны высокой прочности на легких заполнителях создают предпосылки для снижения веса как всей конструкции, так и от­ дельных сборных монтажных элементов. Получает распростране­ ние керамзитобетон как в обычных, так и предварительно напря­ женных конструкциях.

Керамзитобетонные конструкции могут успешно применяться только при высокой марочной прочности составляющих. При этом керамзитовый гравий должен иметь крупность зерен 10—20 мм, плотность 500—800 кг/м2, в конструкциях с предварительным натя­ жением прочность керамзитобетона должна быть не менее 300—350 кгс/см2 при плотности не более 1,9 т/мг. Легкие бетоны более низких марок целесообразны в конструкциях, работающих

48

на местные нагрузки и не оказывающих существенное влияние на усилия в основных элементах, выполненных из других материалов. К таким конструкциям относятся элементы надарочного строения, плиты проезжей части и тротуаров, подготовка под изоляцию и дорожная одежда. С уменьшением веса конструкции снижаются расход расчетной арматуры, трудоемкость и стоимость изготовле­ ния и монтажа в целом на сооружение.

Комбинированное по материалам балочно-неразрезное предва­ рительно напряженное железобетонное пролетное строение по схе­ ме пролетов 37,6+112,2 + 37,6 м принято по конкурсу в апреле 1970 г. к строительству для трех однотипных мостов в ФРГ. Боко­ вые пролетные строения и участки над промежуточными опорами законструированы из тяжелого бетона, а участок центрального пролета, равный 105,4 м и сооружаемый навесным бетонированием (панелями по 3,4 м), предусмотрен из легкого бетона плотностью 1,9 т/м3 при кубиковой прочности на сжатие до 450 кгс/см2 (среднее

ры на 17%.

Снижение расхода металла в железобетонных мостах можно получать за счет замены рабочей (расчетной) ненапрягаемой ар­ матуры на напрягаемую. Наряду с конструкциями, имеющими рас­ положение напрягаемой арматуры в рабочем направлении, приме­ няется двухплоскостное и объемное предварительное напряжение. Этим достигается создание в конструкции напряженного состояния, при котором как от действия расчетных усилий, так и местных на­ грузок снижается работа бетона на растяжение. Изгибом напря­ гаемых конструкций в рабочей плоскости или специальной верти­ кальной напрягаемой арматурой в вертикальных элементах создают напряжения, не требующие армирования конструкции расчет­ ными хомутами или косыми стержнями. Натяжением горизонталь­ ных конструктивных элементов поперек оси моста обеспечивается необходимая трещиностойкость при работе на местные нагрузки.

Для проектирования экономичных сооружений с максимальным использованием свойств материалов в конструкции нужны доста­ точно точные и всесторонние исследования ее работы на все виды внешних воздействий.

Современные железобетонные мосты, особенно больших проле­ тов, — это сложные статически неопределимые системы со значи­ тельным количеством лишних связей, что требует применения спе­ циальных математических методов (например, матричного аппа­ рата линейной алгебры) и расчетов на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ). Разработанные научно-исследовательскими и проектными организациями программы направлены на решение задач, наиболее отвечающих специфике и требованиям отечествен­ ного мостостроения, — пространственным расчетам конструкций высоких свайных ростверков опор и бездиафрагменных пролетных строений.

49