Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 266
8. Дорожньо-транспортні споруди
По трасі автомобільної дороги, що проходить по відкритій місцевості, зустрічаються різні природні перешкоди: струмки, яри, ріки, суходоли, гірські хребти тощо. Щоб прокласти дорогу через такі перешкоди, влаштовують труби, мости, тунелі та інші штучні споруди.
Труби – це найпростіші споруди, які призначені для пропуску невеликих об’ємів води, тому їх влаштовують у місцях, де автомобільна дорога пересікає малі струмки або невеликі тимчасові водостоки, по яких стікає вода під час танення снігу або дощів. Трубу прокладають через тіло насипу таким чином, що дорога над нею не переривається (рис. 0.1, а) і автомобілі не відчувають змін умов руху.
Мости влаштовують у тих місцях, де дорога зустрічається з малими і великими ріками (рис. 0.1, б).
Тунелі використовують у тих випадках, коли траса дороги проходить через товщу гірського масиву, а у міських умовах – для пропуску під землею вулиць (рис. 0.1, в), інженерних комунікацій і пішохідних переходів. Якщо під полотном дороги треба пропустити тільки інженерні комунікації, то використовують підземні канали.
Велику кількість складних штучних споруд влаштовують на гірських дорогах. Крім тунелів, тут нерідко виникає необхідність влаштування галерей (рис. 0.2, а), що захищають дорогу від кам’яних і снігових лавин, а також балконів (рис. 0.2, б) і підпірних стін, які підтримують дорогу на крутих гірських схилах. Якщо по трасі дороги зустрічаються глибокі гірські ущелини, то влаштовують високі мости – віадуки (рис. 0.2, в).
Дорожньо-транспортні споруди поділяються на:
Рис. 0.1. Основні види штучних споруд: а – труба; б – міст; в – тунель; 1 – насип дороги (підходи до мосту); 2 – устій мосту; 3 – пролітна будова мосту; 4 – тунель; 5 – парапет
Рис. 0.2. Штучні споруди на гірських дорогах: а – галерея; б – балкон; в – віадук; 1 – покриття галереї; 2 – виступ балкону; 3 – пролітна будова і опори віадука
Рис. 0.3. Основні різновиди мостів: а,б – мости звичайного типу або високого рівня (висоководні); в – розвідний міст; г – міст на понтонах; д – шляхопровід; е – транспортна естакада; 1 – насип підходу; 2 – конус насипу; 3 – устій; 4 – пролітна будова; 5 – пролітна будова з їздою понизу; 6 – проміжна опора (бик); 7 – фундамент опори; 8 – пролітна будова з їздою посередині; 9 – розвідний проліт; 10 – плавуча опора
Кожний міст складається з пролітної будови і опор (рис. 0.3, а). Пролітні будови мають головні несучі елементи (балки, ферми, арки тощо), які перекривають відстані між опорами і підтримують проїзну частину мосту з тротуарами і всіма допоміжними конструкціями. Крайні опори, які розташовані в місцях спряження мосту з насипом підходів, називаються устоями. Інші опори називають проміжними. Масивні проміжні опри називаються биками.
Залежно від кількості прольотів розрізняють однопролітні і багатопролітні мости.
Якщо проїзна частина розташовується по верху пролітних будов, то міст буде з їздою поверху (див. рис. 0.1,б); якщо проїзна частина розташована вздовж низу пролітної будови, – міст з їздою понизу (див. середній проліт на рис. 0.3,а). Мости з пониженою їздою або з їздою посередині мають проїзну частину, що розташовується в межах висоти пролітних будов (див. середній проліт на рис. 0.3,б).
Матеріал, з якого виконано пролітну будову мосту, поділяє останні на дерев’яні, кам’яні, залізобетонні і металеві. Нерідко зустрічаються випадки, коли в одному мості є металеві і залізобетонні пролітні будови.
Залежно від умов роботи мости поділяються на звичайні (високого рівня), розвідні і наплавні. До мостових споруд відносяться також шляхопроводи і естакади.
Мости звичайного типу або високого рівня – це мости, що розташовані на такій висоті над рікою, яка дозволяє вільно пропускати високі паводки та судна (рис. 0.3, а,б).
Розвідні мости розташовують на рівні, що визначається умовами проектування дороги. Як правило, цей рівень є недостатнім для пропуску під мостом суден і тому влаштовують спеціальний розвідний проліт (рис. 0.3,в).
Наплавні мости мають плавучі опори із понтонів або барж, які підтримують пролітну будову (рис. 0.3, г). Наплавні мости використовують на широких і глибоких ріках, коли постійні опори є дуже дорогими, а інтенсивність руху по дорозі невелика. Наплавні мости влаштовують також як допоміжні під час будівництва основного мосту. Для пропуску суден влаштовують вивідні секції. На час льодоходу наплавні мости розбирають.
На дорогах з невеликою інтенсивністю руху можуть використовуватися поромні переправи. Така переправа має пристані з обох боків ріки і плавучий пором, що циркулює між пристанями і служить для перевозу автомобілів і пасажирів.
Шляхопроводи служать для пропуску однієї дороги над другою (дороги розташовані на різних рівнях). Шляхопроводи влаштовують при взаємному пересіканні двох доріг з інтенсивним рухом (рис. 3,д), при пересіканні автомагістралі з міськими вулицями або автодороги з залізницею.
Естакади – це мостові конструкції, які служать для пропуску дороги на деякій висоті над поверхнею землі (рис. 0.3,е). У цьому випадку простір під естакадою може бути використаний для проїзду або інших цілей. Естакади часто влаштовують у містах для пропуску швидкісного автомобільного руху, метрополітену, залізниці і навіть над міською забудовою.
Штучні споруди – це дуже відповідальні елементи автомобільної дороги. Їхня вартість на рівнинних дорогах складає до 10% вартості усієї дороги. На автодорогах в гірській місцевості вартість дорожньо-транспортних споруд сягає 30% і вище від загальної вартості дороги. Великі мости коштують мільйони доларів.
Контрольні запитання
1. Які дорожньо-транспортні споруди зустрічаються на автомобільних дорогах? Для чого вони призначені?
2. На які види поділяють дорожньо-транспортні споруди?
3. З яких основних конструктивних елементів складається міст?
4. З яких конструктивних елементів складається пролітна будова мосту?
5. Чим різняться між собою проміжні опори і устої мосту?
6. Яка різниця між мостами високого рівня, наплавними і розвідними? У яких випадках їх використовують?
7. Для чого призначені шляхопроводи? Чим вони відрізняються від мостів?
8. З яких конструктивних елементів складаються транспортні естакади? Коли їх використовують?
1. Розташування мостів і основні вимоги до конструкцій
1.1. Конструктивні і габаритні розміри
Мостовим переходом називають весь комплекс споруд перетинання дорогою, вулицею, пішохідною трасою або трубопроводом водної чи будь-якої іншої перешкоди. Мостовий перехід у загальному випадку складається з опор і пролітних будов мосту, насипів (або виїмок) підходів і регуляторних споруд.
При перетинанні великої водної перешкоди визначальне значення має економічність мостового переходу, і дорогу спеціально підводять до обраного місця переходу. Останнім часом усе частіше вирішальними для місця переходу виявляються загальні умови трасування дороги. У недавнім минулому вважалося, що осі дороги і водної перешкоди в місці перетинання повинні бути перпендикулярними. Але зараз перетинання під косим кутом не є виключеннями, причому усе більше число мостів влаштовують кривими в плані. Невеликі мости при необхідності влаштовують косими, з осями опор, не перпендикулярними осі моста, що серйозно ускладнює конструкцію пролітної будови.
Відповідно до рис. 1.1 розрізняють: прольоти мосту lм ; прольоти у світлі lc; розрахункові прольоти l; довжини пролітних будов lп; отвір мосту L=lc.
У нерозрізних пролітних будовах l=lм.
Рис. 1.1. Прив’язка мосту до умов мостового переходу
Довжину прольотів визначають, виходячи з наступних умов:
1. Вимоги судноплавства. Норми встановлюють необхідну для кожної категорії судноплавства довжину судноплавних прольотів у світлі для випадку перпендикулярності напрямку течії осі моста. При косому перетинанні, а також у місцях скривлень суднових ходів, при необхідності маневрування суден і в акваторіях портів прольоти збільшуються. У зв’язку з можливістю зіткнення суден з опорами мостів, а також з огляду на перспективи якісних змін у водному транспорті, судноплавні прольоти іноді приймають істотно більшими від необхідних за діючими нормами.
2. Вимоги економічності. Для балкових мостів найменша вартість мосту тоді, коли вартість проміжних опор приблизно дорівнює вартості пролітної будови без проїзної частини. Відповідно, чим глибші і дорожчі опори, чим більша глибина води і чим вища надбудова опор, тим економічніші більші прольоти. Якщо вимоги судноплавства вимагають велику величину судноплавного прольоту у порівнянні з вимогами економічності, задовольняються, зрозуміло, вимоги судноплавства.
3. Вимоги уніфікації, що мають за мету прийняття по можливості типових пролітних будов і скорочення числа різних пролітних будов, застосовуваних у межах одного мосту. Наприклад, на заплавних частинах мосту, де висота і вартість опор істотно міняються по довжині заплави, доцільні, як правило, однакові довжини прольотів. Розрахункові прольоти або повну довжину пролітних будов на прямих ділянках доріг приймають 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 і 42м, а при більших розмірах прольотів – кратно 21м. На ріках з досить могутнім льодоходом довжина прольотів може визначатися умовами пропуску льодоходу.
Для проектування мостового переходу необхідні геологічні і гідрологічні дані, а також поздовжній профіль берегів, заплав і головного русла, а також основні висотні відмітки, що визначають режим водної перешкоди (див. рис. 1.1): горизонт межинних вод (гмв); горизонт високих вод (гвв); розрахунковий (найвищий) судноплавний горизонт (рсг).
Будівельною висотою hбуд називають відстань по висоті від низу пролітної будови до верха полотна проїзду на осі моста. Розрізняють будівельну висоту над опорою і у прольоті (зокрема, у середині прольоту). При їзді поверху будівельна висота залежить від довжини прольоту (і обрису головних ферм), а при їзді понизу – від конструкції проїзної частини.
Установлену нормами або завданням на проектування висоту судноплавного підмостового габариту позначимо hсуд, а зазор, що обмежується нормами, по висоті між гвв і низом пролітної будови позначимо h. Тоді отримаємо мінімальні відмітки полотна проїзду:
над устоями: гвв + h + hбуд;
в судноплавних прольотах: рсг + hсуд + hбуд.
Максимальні поздовжні ухили встановлюють завданням на проектування і для автодорожніх мостів вони зазвичай знаходяться в межах 2...4%.
Маючи відмітки полотна проїзду над кожною проміжною опорою і знаючи будівельну висоту, визначають висоту надбудови для кожної проміжної опори.
Ширину мостового переходу встановлюють залежно від категорії дороги і позначають Г-11,5, Г-8 тощо, де “Г” означає слово габарит, а цифри означають відстань між огородженнями. На рис. 1.2 показані схеми габаритів наближення конструкцій на автодорожніх та міських мостах при відсутності трамвайного руху. При цьому ліва половина кожної схеми відноситься до випадку, коли тротуари примикають до огородження, а права – до випадку роздільного розміщення тротуарів.
Позначення, прийняті на схемах габаритів:
– загальна ширина проїзної частини або ширина проїзної частини для руху в одному напрямку;
– число смуг руху та – ширину кожної смуги руху призначають за вимогами норм; для доріг І та ІІ категорій , ІІІ категорії – , ІV категорії – ; дороги V категорії мають проїзну частину на одну смугу руху шириною ;
– смуги безпеки;
– розділювальна смуга (при багатосмуговому русі у кожному напрямку), ширина якої дорівнює відстані між кромками проїзної частини різного напрямку руху;
– захисна смуга, ширину якої приймають рівною 0,5м;
– віддаль між огородженнями проїзду, в яку входить і ширина розділювальної смуги, що не має огороджень;
– ширина тротуарів, яку призначають на основі розрахунку залежно від розрахункової перспективної інтенсивності руху пішоходів в години пік; ширину тротуарів приймають кратною 0,75м, але не менше 1,5м при двосмуговому русі і не менше 1м при односмуговому русі пішоходів;
Рис. 1.2. Схеми габаритів наближення конструкцій на автодорожніх і міських мостах: а – при відсутності роздільної смуги; б – з роздільною смугою без огороджень; в – з роздільною смугою при наявності огороджень
– габарит по висоті (віддаль від поверхні проїзду до верхньої лінії обрису габариту), який приймають для мостів:
на автодорогах І-ІІІ категорій, на вулицях і дорогах міст, селищ і сільських населених пунктів – не менше 5,0м;
на автодорогах IV-V категорій – не менше 4,5м;
на автодорогах промислових підприємств – не менших висоти транспортних засобів плюс 1м, але не менше 5,0м;
Таблиця 1.1.
|
Розташування мостів |
Категорія доріг або вулиць |
К-сть смуг руху |
Ширина автомобіля d, м |
Габарит |
Ширина, м |
|
|
Смуг безпеки, П |
Проїзної частини, nb |
|||||
|
Автомобільні дороги загального користування |
І |
6 |
2,5 |
2,0 |
||
|
4 |
||||||
|
ІІ ІІІ ІV |
2 |
Г–11,5 |
2,0 |
7,5 |
||
|
Г–10 |
1,5 |
7,0 |
||||
|
Г–8* |
1,0 |
6,0 |
||||
|
V |
1 |
Г–6,5** |
1,0 |
4,5 |
||
|
Г–4,5 |
0,5 |
3,5 |
||||
|
Вулиці і дороги в містах, селищах і в сільських населених пунктах |
Швидкісні дороги, магістральні вулиці і дороги загальноміського користування з безперервним рухом |
8 |
2,5 |
1,0 |
||
|
6 |
||||||
|
Магістральні вулиці і дороги загальноміського та районного користування з регулярним рухом |
6 |
Г–24 |
0,75 |
22,5 |
||
|
4 |
Г–16,5 |
15,0 |
||||
|
Дороги вантажного руху |
4 |
0,75 |
||||
|
2 |
Г–9 |
7,5 |
||||
|
Селищні вулиці і дороги |
2 |
Г–8 |
0,50 |
7,0 |
*Для дерев’яних мостів допускається приймати габарит Г–7.
**Те саме, габарит Г–6.
Примітки: 1. В графі „Габарит” над рискою вказані габарити мостів при відсутності огородження на розділювальних смугах, під рискою – при наявності огороджень або при розділених пролітних будовах на кожний напрямок руху.
2. В непередбачених табл. 3.1 випадках габарити міських та автодорожніх мостів з багатосмуговим рухом треба визначати за формулою .
– висота огородження проїздів, яку на мостах та шляхопроводах в містах і на автомобільних дорогах І-ІІІ категорій приймають, м, не менше: 0,75 для бар’єрних та 0,60 для парапетних огороджень; висота бордюрів, що влаштовуються на мостах, має бути, м, не менше: 0,35 – на дорогах IV та V категорій; 0,30 – на внутрігосподарських дорогах; висоту огороджень тротуарів приймають не меншою за 1,1м;
– габарит по висоті на тротуарах, який приймають не меншим за 2,5м.
Габарити по ширині мостів на автодорогах та в містах і інших населених пунктах наведені в табл. 1.1. Значення габаритів на інших дорогах наведені в додатку 1 СниП 2.05.03-84 [1]
1.2. Мостове полотно автодорожніх і міських мостів
Конструкція мостового полотна має відповідати вимогам, що встановлені нормами для проектування автодоріг, і забезпечувати механізоване влаштування дорожнього одягу, а також технологічно вигідні умови його експлуатації (механізована очистка полотна від болота, снігу тощо).
Одяг їздового полотна на залізобетонній плиті проїзної частини зазвичай складається з вирівнювального шару, гідроізоляції, захисного шару ізоляції і покриття. Вирівнювальний шар має мати товщину не менше 30мм, захисний – не менше 40мм.
Покриття проїзної частини складається з двох шарів асфальтобетону загальною товщиною не менше 70мм або з цементобетонну товщиною не менше 80мм, який служить одночасно захисним шаром ізоляції.
Смуги безпеки і розділювальні смуги виділяють покриттям з матеріалів різної фактури або розміткою – суцільною маркувальною лінією із зносостійких матеріалів.
На автодорожніх мостах передбачають з кожної сторони тротуари або службові проходи, які огороджують з зовнішніх сторін поручнями висотою не менше 1,1м.
На мостах, розташованих в містах, селищах і сільських населених пунктах на основі розрахунку проектують багатосмугові тротуари. При цьому ширину тротуарів треба приймати кратною 0,75м (ширина однієї смуги руху пішоходів), але не менше 1,5м.
Ширину односмугових тротуарів, які проектують на дерев’яних мостах і на мостах з обмеженою кількістю пішоходів, розташованих на рівні верху бордюрів або колесовідбійних брусів, призначають рівною 1м.
На міських естакадах і мостах вантажних доріг, ізольованих від пішоходів, а також на автодорожніх мостах при відсутності регулярного пішохідного руху (менше 200 пішоходів на добу) треба передбачати тільки службові проходи шириною 0,75м.
Покриття тротуарів і службових проходів виконують з цементобетону (на міських мостах – із піщаного асфальту) з товщиною шару не менше 40мм.
Огородження бар’єрні або парапетні передбачають на всіх мостах і шляхопроводах в містах і на автомобільних дорогах І-ІІІ категорій, а також на всіх шляхопроводах, що пересікають автодороги І і ІІ категорій та залізниці.
На мостах, що мають їздове полотно для багатосмугового руху транспортних засобів в обидві сторони на одному рівні, огородження на розділювальних смугах передбачають у тих випадках, коли огородження розділювальної смуги передбачено на підходах; коли на розділювальній смузі розташовані елементи конструкцій мосту, опори контактної мережі, освітлення тощо; коли конструкції розділювальної смуги не розраховані на виїзд транспорту на смугу.
Висоту огородження на мостах і шляхопроводах в містах і на автодорогах І-ІІІ категорій треба приймати не меншою за 0,75м для бар’єрів і 0,60м для парапетів.
Опори контактної мережі та освітлення розташовують, як правило, в створі огородження (при ширині тротуарів 2,25м і менше) або на розділювальних смугах.
Гідроізоляційний шар повинен надійно захищати пролітну будову від проникнення вологи з їздового полотна. Його роблять із водонепроникного, еластичного та довговічного матеріалу. Це може бути декілька шарів бітумної мастики, що перемежовуються з шарами тканини, металевої сітки або спеціального рулонного матеріалу (асбобітумний картон-гідроізол, тканина з скловолокна, пластик та ін.). Гідроізоляцію укладають на тонкий шар цементного розчину. Полотнища гідроізоляції треба укладати внапуск, починаючи з понижених частин їздового полотна.
Рис. 1.3. Деталі конструкції проїзної частини залізобетонних мостів: а – влаштування гідроізоляції при наявності бордюрного каменю біля тротуарів; б – те саме, коли тротуар роблять із збірних блоків без бордюрного каменю; в – водовідведення через отвори, що влаштовані в ребрах тротуарних блоків; г – конструкція водовідвідної воронки; д – конструкція деформаційного шва у разі, коли дорожнє перекриття не переривають; е – те саме, при перерваному дорожньому перекритті; ж – конструкція деформаційного шва з використанням синтетичної гуми; 1 – асфальтобетон; 2 – захисний шар бетону; 3 – гідроізоляція; 4 – вирівнювальний шар бетону або водовідвідний трикутник; 5 – водовідвідна воронка; 6 – тротуарний блок; 7 – бордюрний камінь; 9 – стакан; 10 – бітумна мастика; 11 – компенсатор із листа латуні або оцинкованої сталі; 12 – металева гребінка; 13 – металеві кутики, що обрамлюють шов; 14 – металеві плити; 15 – трубчасті гумові компенсатори
Полотнища перекриваються у напрямку стікання води. Особливу увагу при цьому звертають на краї проїзної частини і деформаційні шви, де волога може проникати під гідроізоляцію. Для цього гідроізоляцію загинають і заводять під бордюрний камінь біля тротуару (рис. 1.3, а). Якщо тротуар роблять із збірних блоків без бордюрного каменю (рис. 1.3, б), гідроізоляцію загинають вгору біля початку тротуару. Воду можна спускати також через отвори, що влаштовані в ребрах тротуарних блоків, і відводити воду по крайніх балках (рис. 1.3, в). У цьому випадку гідроізоляційний килим доводять до країв пролітної будови.
Як правило, біля тротуарів влаштовують водовідвідні воронки (див. рис. 1.3, а,б), в які збирається вода із поверхні проїзної частини мосту і тротуарів. Гідроізоляцію заводять між воронкою (рис. 1.3, г) і вставленим в неї стаканом. Зверху стакан має решітку з водоприймальними отворами.
Їздове полотно і інші поверхні конструкцій, на які може попадати вода, треба проектувати з поперечним ухилом не менше 20‰. Поздовжній ухил поверхні їздового полотна приймають не менше 5‰. При поздовжньому ухилі більше 10‰ допускається зменшення поперечного ухилу за умови, що геометрична сума ухилів не буде меншою за 20‰.
Водовідвідні труби мають бути діаметром не менше 150мм. Відстань між ними на їздовому полотні приймають не більше 6м при поздовжньому ухилі до 5‰ і 12м – при ухилах від 5 до 10‰. Число труб в одному прольоті має бути не менше трьох.
Конструкція деформаційних швів повинна не порушувати плавності руху транспортних засобів і виключати попадання води і бруду на опорні площадки і нижче розташовані частини мосту.
Якщо переміщення у шві складають до 5...10мм, то дорожнє покриття над швом не переривають (рис. 1.3, д). Шов у цьому випадку перекривають листом латуні або оцинкованої сталі, вигнутим у вигляді еластичної складки, яка своєю гнучкістю компенсує деформації у шві. Кінці листа заводять у спеціальні борозни у вирівнювальному шарі бетону. Гідроізоляція має складку і проходить над швом без розриву. Зверху її покривають шаром бітумної мастики у місці перерваного захисного шару бетону.
Якщо переміщення у деформаційному шві перевищують 15...20мм, то у покритті роблять розрив і перекривають його металевим листом або гребінкою (рис. 1.3, е). Останні укладають на рівні поверхні покриття. Краї плит сусідніх прольотів обрамляють кутиками. Металевий лист або гребінку однією стороною приварюють до кутика однієї з плит. Друга сторона листа або гребінки має можливість вільно рухатися по кутику суміжної плити. Для відведення води, що може проникати через шов, влаштовують водозбірний жолоб із швелера або спеціально вигнутих металевих листів.
Знайшли також застосування деформаційні шви, заповнені синтетичною гумою (рис. 1.3, ж). Такі шви забезпечують вільні деформації конструкцій і достатньо водонепроникні.
1.4. Експлуатаційні облаштованості
Всі частини пролітних будов, видимі поверхні опор мосту повинні бути доступні для огляду і обслуговування, для чого треба влаштовувати проходи, люки, сходи, поручневі огородження (висотою не менше 1,10 м), спеціальні оглядові пристосування, а також закладні частини для підвіски тимчасового риштовання. У мостах з балковими пролітними будовами і рухливими опорними частинами треба передбачати умови для виконання робіт з регулювання положення, ремонту або заміни опорних частин.
Біля кожного кінця мосту при висоті насипу понад 4 м треба, як правило, улаштовувати по укосах постійні сходові марші шириною 0,75 м.
У необхідних випадках (наприклад, при будівництві мостів в експериментальному порядку, при застосуванні для мостів статично невизначених систем, чутливих до просідання ґрунту, при створенні в сталевих конструкціях попередньо напруженого стану і ін.) у проектній документації треба передбачати установку спеціальних марок або інших пристосувань, необхідних для здійснення контролю за загальними деформаціями, а також за напруженим станом окремих його елементів.
Протипожежне устаткування на мостах має відповідати переліку, погодженому з Міністерством транспорту і зв’язку України.
Всі металеві конструкції мостових споруд повинні бути заземлені, якщо вони розташовані на відстанях менших за 5 м від контактної мережі на постійному струмі і меншій за 10 м від контактної мережі на змінному струмі. Також повинні бути заземлені залізобетонні і бетонні конструкції, що підтримують контактну мережу.
При проектуванні шляхопроводів і пішохідних мостів через електрифіковані залізниці над контактною мережею треба передбачати огородження з вертикальних щитів (сіток) висотою 2,0 м. Допускається застосування з кожної сторони мосту горизонтальних щитів (сіток) довжиною не менш 1,5 м.
На всіх мостах не допускається прокладка нафтопроводів, нафтопродуктопроводів і, як правило, ліній високовольтних електропередач (напругою понад 1000 В). При спеціальному техніко-економічному обґрунтуванні на автодорожніх, міських і пішохідних мостах допускається прокладка в сталевих трубах теплових мереж, водопровідних ліній, напірної каналізації і газопроводів з робочим тиском не більше 0,6 Мпа (6 кгс/кв.см). У всіх випадках повинні бути передбачені заходи щодо забезпечення схоронності мосту, а також безперервності і безпеки руху по ньому у випадках проривів і ушкоджень трубопроводів і кабелів. Для цього на більших і середніх мостах лінії електропередачі і інших комунікацій, як правило, повинні мати пристрої для вимикання цих ліній і комунікацій по обидва боки мосту.
Мости повинні мати пристосування для пропуску ліній зв'язку, передбачених на даній дорозі, і інших комунікацій, дозволених для даної споруди, а в містах при тролейбусному і трамвайному русі –також пристрої для підвіски контактної мережі.
Для прокладки труб і кабелів треба, як правило, передбачати спеціальні конструктивні елементи (виносні консолі, поперечні діафрагми, зовнішні підвіски тощо).
1.4. Сполучення мостів з підходами
Земляне полотно на відстані 10 м від задньої грані устоїв в автодорожніх і міських мостах має мати ширину не менше відстані між огородженнями плюс 0,5 м з кожної сторони. Перехід від збільшеної ширини до нормальної треба робити плавним і здійснювати на довжині 15...25 м.
У сполученні автодорожніх і міських мостів з насипом треба, як правило, передбачати укладання залізобетонних перехідних плит. Довжину плит треба приймати залежно від очікуваного просідання ґрунту під лежнем плити і призначати, як правило, не більше 8 м. Гравійно-піщана подушка під лежнем плити повинна всією своєю площею опиратися на дренажний ґрунт або на ґрунт насипу нижче глибини промерзання. При слабких глинистих ґрунтах в основі насипу лежні перехідних плит треба укладати з урахуванням можливого їхнього осідання в розмірі 0,5...0,7% висоти насипу.
Укоси конусів біля мостів і шляхопроводів повинні бути укріплені на всю висоту. Типи укріплень укосів і насипів у межах підтоплення на підходах до мостів треба призначати залежно від їхньої крутості, умов льодоходу, впливу хвиль і бігу води при швидкостях, що відповідають максимальним витратам під час паводків. Відмітки верху зміцнень повинні бути вище рівнів води під час паводків з урахуванням підпору й накату хвилі на насип: у великих і середніх мостів – не менше 0,50 м; у малих мостів – не менше 0,25 м.
Контрольні запитання
1. З яких споруд складається мостовий перехід?
2. Чим відрізняється проліт мосту від прольоту мосту у світлі ?
3. Як визначають розрахункові прольоти мосту?
4. Як визначати отвір мосту?
5. Які вимоги треба враховувати, призначаючи довжину прольотів мосту?
6. Які максимальні поздовжні ухили встановлені для автодорожніх мостів?
7. Як встановлюють ширину проїзної частини мостового переходу? Як позначають цю ширину?
8. Від чого залежить ширина смуг руху на мостовому переході? Як її призначають?
9. З яких параметрів складається повна ширина мостового переходу?
10. З яких параметрів складається ширина їздового полотна мосту?
11. Як призначають ширину тротуарів?
12. З яких конструктивних елементів складається мостове полотно? Яка їхня товщина?
13. З яких конструктивних елементів складається покриття тротуарів? Яка їхня товщина?
14. Як виділяють смуги безпеки і розділювальні смуги на їздовому полотні? Яка їхня ширина і від чого вона залежить?
15. Які огородження передбачають на мостах і шляхопроводах? Як встановлюють конструктивні розміри цих огороджень?
16. У яких місцях встановлюють опори контактної мережі та освітлення?
17. Як влаштовують гідроізоляційний шар мостового полотна?
18. Як відводять воду з їздового полотна мосту?
19. Які конструкції деформаційних швів їздового полотна Ви знаєте?
20. Які експлуатаційні облаштованості треба передбачати на мостовому переході?
21. Як влаштовують сполучення мостів з підходами?
2. Залізобетонні і кам’яні мости
2.1. Основні типи пролітних будов залізобетонних мостів
За статичною схемою роботи пролітні будови мостів розділяються на плитні, балкові, рамні, аркові і комбіновані.
Плитні пролітні будови на автомобільних дорогах використовують для невеликих мостів і шляхопроводів. Основними несучими конструкціями плитних мостів є монолітні або збірні залізобетонні плити-блоки прольотами до 18м (рис. 2.4, 2.5).
Балкові пролітні будови бувають розрізні, консольні і нерозрізні. Розрізні системи прості в конструктивному відношенні, але вимагають великої витрати бетону й арматури. Нерозрізні і консольні системи (рис. 2.1, д, е, ж) більш складні у конструктивному відношенні, але економічніші за розрізні за витратою матеріалів. Вони застосовуються для перекриття головним чином великих прольотів. Виготовлення консольних пролітних будов простіше, ніж нерозрізних.
Для розрізних пролітних будов головні балки приймають таврового, двотаврового і коробчатого перерізів (рис. 2.1, а, б, в);для нерозрізних (рис. 2.1, д) і консольних (рис. 2.1, е, ж) систем коробчатого перерізу (рис. 2.2, в).
Нерозрізні і консольні пролітні будови, як правило, проектують попередньо напруженими з головними балками змінної висоти, із прольотами в окремих випадках до 160...200 м.
У рамних мостах залізобетонні пролітні будови й опори жорстко з’єднані між собою. Опори сильно армують, що істотно ускладнює їхнє зведення порівняно з опорами балкових пролітних будов.
Збірні пролітні будови мостів рамної системи зі звичайного залізобетону не одержали застосування через неможливість індустріалізації їхнього будівництва.
У практиці будівництва мостів великих прольотів з попередньо напруженого залізобетону знайшли широке поширення рамно-підвісна (рис. 2.1, з) і рамно-консольна (рис. 2.1, и) системи. У рамно-підвісній системі на кінці ригелів Т-подібних рам спираються підвісні балки, а в рамно-консольній системі ригелі Т-подібних рам безпосередньо з’єднуються між собою повздовжньо-рухомими шарнірами.
Рис. 2.1. Схеми пролітних будов балкових і рамних мостів: а поперечні перерізи з тавровими головними балками без діафрагм; б те саме, з двотавровими головними балками без діафрагм; в те саме, з коробчастими головними балками; г поперечний переріз плитно-ребристих пролітних будов; д балкова нерозрізна; е балково-консольна з поздовжньо-рухомим шарніром; ж балково-консольна з підвісними прольотами; з рамно-підвісна; и рамно-консольна з поздовжньо-рухомим шарніром
У рамно-консольних системах ригелі працюють переважно на від’ємні згинальні моменти, що дозволяє розміщувати попередньо напружену арматуру тільки у верхніх зонах перерізів. Опори рамно-консольних мостів сприймають вигин тільки від однобічного тимчасового навантаження.
Основна перевага аркових пролітних будов робота арок головним чином на стиск, якщо їхня вісь обкреслена по кривій тиску від постійного навантаження. Правда, останнім часом аркові склепіння виконують постійного перерізу, а для сприйняття згинальних моментів від постійного навантаження встановлюється додаткова арматура. У мостах великих прольотів завдяки використанню роботи бетону головним чином на стиск аркові конструкції вигідні тільки по витраті матеріалу. Аркові мости виконуються у вигляді суцільних і коробчатих склепінь або з пролітними будовами у вигляді окремих арок прямокутного, таврового і пустотілого перерізу з їздою поверху і посередині (рис. 2.2, 2.3, а, б).
Найбільш економічні за витратою матеріалів конструкції комбінованих систем (рис. 2.3, вк). Завдяки їхній спільній роботі основні несучі елементи (балки, арки) значно легші балок і арок, що працюють окремо в балковій і арковій пролітній будовах.
Рис. 2.2. Арковий міст через ріку Старий Дніпро у м. Запоріжжі
Рис. 2.3. Схеми пролітних будов аркових і комбінованих систем: аркові системи: а з їздою по верху; б з їздою по середині; комбіновані системи: в жорстка арка з гнучкою затяжкою; г жорстка балка з гнучкою аркою; д жорстка балка з підпружною гнучкою балкою; е арочно-консольна; ж висяча; з вантова; и у вигляді віяла з підкосами; к складна комбінована у вигляді нерозрізної балки з аркою
2.2. Плитні мости
Найпростішим видом залізобетонних мостів, що використовуються для перекриття невеликих прольотів, є мости з плитною пролітною будовою. За статичною схемою роботи вони можуть бути розрізними, нерозрізними і консольними. Найчастіше використовують розрізні пролітні будови з ненапружуваною або напружуваною арматурою.
Плитні пролітні будови можуть бути монолітними (рис. 2.4, а) або збірними з блоків (рис. 2.4, б,в).
Монолітні плити (рис. 2.5, а) армують стержньовою арматурою або зварними сітками. Одну частину поздовжньої арматури пропускають на всю довжину прольоту, іншу відгинають біля опор для сприйняття головних розтягувальних напружень. В поперечному напрямку встановлюють розподільну арматуру невеликиго діаметру.
Поперечні перерізи плитних пролітних будов роблять прямокутними (плоскими) або з нахиленими верхніми поверхнями до тротуарів. У першому випадку на плиті влаштовують бетонний трикутник для стікання води, на який укладають гідроізоляцію; у другому – під гідроізоляцію дають тонкий вирівнюючий шар розчину. Поверх гідроізоляції укладають захисний шар бетону товщиною 40мм і по ньому асфальтобетонне покриття товщиною 50...60мм.
Опори і устої монолітних плитних мостів роблять також із монолітного залізобетону (рис. 2.4, а).
Збірні пролітні будови складаються із ряду блоків, які укладають паралельно один до одного і об’єднують потім у поперечному напрямку для забезпечення їхньої сумісної роботи.
Ширину блоків пролітних будов збірних мостів приймають у межах 0,5...1,5м. Поперечнимй переріз блоків може бути суцільним або з порожнинами. При прольотах 6...9м блоки пролітних будов роблять з циліндричними порожнинами (рис. 2.2, б), а при прольотах 9...18м – з овальними (рис. 2.5, г). Конструктивну ширину елементів приймають рівною 1м.
Рис. 2.4. Основні види плитних мостів: а – монолітний міст; б,в – збірні пролітні будови; г – шляхопровід з плитною пролітною будовою; 1 – монолітна плита; 2 – збірна стінка устою; 3 – поперечна напружувана арматура; 4 – розпірка; 5 – збірний блок (армоелемент) пролітної будови; 6 – бетон омонолічування; 7 – монолітний ригель опори, що об’єднує збірні блоки в нерозрізну балку
Рис. 2.5. Поперечні перерізи пролітних будов плитних мостів: а – монолітного; б,г,д – із збірних елементів; в – збірно-монолітного; 1 – пазухи для омонолічування збірних блоків (шпонки); 2 – арматурна сітка; 3 – бетон омонолічування; 4 – струнодошки; 5 – поперечна напружувана арматура у діафрагмах; розміри – в сантиметрах
До плитних мостів відносяться конструкції, що складаються з двотаврових попередньо напружених елементів (рис. 2.5, д). Верхні і нижні полиці двотаврів, що примикають одна до одної, при цьому утворюють суцільні плити.
Збірні блоки об’єднують у суцільну пролітну будову або способом омонолічування поздовжніх швів між блоками, що мають спеціальні пазухи-шпонки (рис. 2.5, б,г), або за допомоогою поперечної попередньо напруженої арматури в діафрагмах(рис. 2.5, д).
Використовують також збірно-монолітні конструкції плитних пролітних будов (рис. 2.5, в). У цьому випадку поверх збірних попередньо напружених елементів (армоелементи, струнодошки) укладають на місці шар бетонної суміші, яка об’єднує конструкцію пролітної будови в одне ціле. Типові конструкції струнодошок розроблені для прольотів від двох до десяти метрів.
Для шляхопроводів використовують балкові розрізні збірні блоки (армоелементи), які за допомогою бетонної суміші на місці об’єднують не тільки у поперечному напрямку, а і в поздовжньому, створюючи таким чином єдину нерозрізну конструкцію. Такі пролітні будови можуть обпиратися на тонкі стійкові опори.
Як опори для плитних багатопролітних будов часто використовують залізобетонні палі зі збірними або монолітними насадками (рис. 2.5, в).
2.3. Розрізні балкові пролітні будови
2.3.1. Ребристі пролітні будови
Для перекриття прольотів більших за 6...8м конструкціями з ненапружуваною арматурою і для прольотів більших за 18м з напружуваною арматурою використовують ребристі пролітні будови. Вони складаються із головних балок (ребер) і плити проїзної частини, яка на ці балки опирається.
У монолітних ребристих пролітних будовах (рис. 2.6, а) відстань b між головними балками дорівнює 2...3м (рис. 2.6, б). Головні балки зв’язують між собою у поперечному напрямку діафрагмами (поперечними балками). Поперечні балки розташовують на відстані а (4...6м) одна від одної (рис. 2.6, а). Інколи між головними балками розміщують другорядні поздовжні балки (рис. 2.6, е). Це дає змогу зменшити проліт плити і збільшити відстань між головними балками до 4...6м.
Застосування збірного попередньо напруженого і звичайного залізобетону дозволяє створювати велику розмаїтість конструктивних форм поперечних перерізів пролітних будов і ребер головних балок. У мостах прольотом до 15 м пролітні будови виконуються з ребрами постійної ширини. Зі збільшенням прольоту ростуть зусилля в ребрах, особливо від власної ваги, що істотно впливає на форму головних балок. За умовами розміщення робочої арматури нижню частину ребер розширюють або приймають головні балки коробчатого перерізу, які у цьому випадку виконуються переважно попередньо напруженими з тонкостінних елементів.
Рис. 2.6. Основні види балкових мостів: а,б,е – монолітна розрізна ребриста пролітна будова; в – пролітна будова, що складається з блоків (балок) таврового перерізу з напівдіафрагмами; г – пролітна будова, утворена з балок П-подібного перерізу; д – збірно-монолітна пролітна будова; ж –бездіафрагмова пролітна будова з балками таврового перерізу; з – пролітна будова з коробчатими головними балками V-подібного поперечного перерізу; 1 – збірні балки; 2 – монолітна плита проїзної частини; 3 – збірні балки, що об’єднані для спільної роботи монолітною плитою; 4 – збірна діафрагма; 5 – збірна плита проїзної частини
Порівняно поширені пролітні будови, що складаються із блоків (балок) таврового поперечного перерізу (рис. 2.6, в) з напівдіафрагмами. Блоки об’єднують стикуванням напівдіафрагм шляхом зварювання випусків арматури або закладних деталей. Плиту сусідніх блоків не стикують, оскільки вона працює у поперечному напрямку як консоль.
Пролітні будови можуть бути утворені із балок П-подібного перерізу (рис. 2.6, г). Шви між блоками заповнюють бетоном або розчином.
Використовують також збірно-монолітні конструкції пролітних будов (рис. 2.6, д), в яких збірні балки об’єднують між собою монолітною плитою проїзної частини і діафрагмами.
Найбільшої уваги заслуговують пролітні будови з коробчатими головними балками, що краще забезпечують просторову роботу пролітної будови (рис. 2.6, з). Пролітні будови з коробчатими головними балками економічніші за пролітні будови з балками інших форм, якщо добре налагоджена заводська технологія виготовлення збірних елементів. Коробчаті головні балки застосовуються переважно в мостах великих прольотів.
Виготовлення балок, що включають елементи діафрагм, і збірних пролітних будов, а також їхній монтаж пов’язані з великими труднощами, викликаними складністю виготовлення збірних елементів і не завжди задовільною якістю стикових з’єднань при монтажі. Створення пролітних будов без діафрагм спростило технологію заводського виготовлення балок. Такі пролітні будови одержали назву бездіафрагмових (рис. 2.6, ж). У них жорсткість і спільна робота ребер забезпечується тільки плитою проїзної частини. Інтенсивність роботи плити в цьому випадку в порівнянні з плитою діафрагмових пролітних будов значно зростає.
2.3.2. Бездіафрагмові пролітні будови
Бездіафрагмові збірні пролітні будови роблять з попередньо напруженою і звичайною арматурою.
Типові бездіафрагмові збірні пролітні будови для прольотів у світлі 7,5; 10; 12,5 і 15 м показані на рис. 2.7, а.
Відстань між головними балками прийнята постійною для всіх прольотів; товщина плити проїзної частини 150 мм. Об’єднання балок передбачене в площині плити проїзної частини за допомогою вільних випусків арматури з наступним омонолічуванням стику шириною 360мм (рис. 2.7, б).
Балки виготовляють з бетону класу В30 і армуються зварними каркасами з робочою поздовжньою арматурою класу А-ІІІ.
Бездіафрагмова пролітна будова (рис. 2.8). прольотами 12, 15, 18, 24 і 33 м скомпонована з однотипних балок таврового перерізу. Попереднє напруження виконано шляхом натягу пучкової арматури на упори. У залежності від ширини габариту проїзду від Г-7 до Г-21 і ширини тротуарів така пролітна будова складається з 4...13 балок Для розміщення пучкової арматури в нижній частині ребер передбачені потовщення. Балки з товщиною ребер 16 см і товщиною плити проїзної частини 15 см розміщені на відстані 2,1 м.
Рис. 2.8. Бездіафрагмові пролітні будови з цільнопролітних балок з попередньо напруженою арматурою
Крайні балки на відміну від середніх мають більше число пучків, однобічні випуски арматури в плиті, накладні планки для кріплення підтротуарних балок, а при консольному розташуванні тротуарів – і для кріплення тротуарних блоків. Блоки з бетону класу В40; робоча арматура у вигляді прямолінійних пучків з холоднотягнутого дроту діаметром 5 мм з нормативним опором 1700 МПа. Робоча арматура плити проїзної частини стержнева гарячекатана періодичного профілю класу А-ІІ.
Розроблені типові проекти уніфікованих бездіафрагмових збірних пролітних будов довжиною 15, 18, 24, 33 і 42 м із блокових конструкцій, попереднє напруження яких виконано натягом арматури на бетон (рис. 2.9). Розміри блоків по довжині стандартизовані всі проміжні блоки мають довжину б м, а кінцеві блоки 4,5 м для пролітних будов 15 і 33 м і 3 м для пролітних будов 18, 24 і 42 м.
При укрупненому складанні стики блоків у поперечних швах виконуються за допомогою клею на основі епоксидної смоли. Натяг пучків здійснюється за 23 прийоми, причому перша операція до застигання клею, чим досягається найбільша щільність заповнення швів.
Різниця між крайніми і середніми балками така ж, як між цільнопролітними балками бездіафрагмових пролітних будов.
Пучкова арматура з холоднотягнутого дроту діаметром 5 мм із нормативним опором 1700 МПа. Частина пучків розташована горизонтально, частина відгинається до опор нагору.
Рис. 2.9. Бездіафрагмові пролітні будови з балок, складених по довжині, з попередньо напруженою арматурою
У якості ненапружуваної арматури плити і кінцевих ділянок ребер блоків застосовані зварені сітки з гарячекатаної арматурної сталі класу А-ІІ. Інша ненапружувана арматура стержнева гарячекатана гладка класу А-І. Блоки виготовляють з бетону класу В40.
2.4. Нерозрізні балкові пролітні будови
2.4.1. Ребристі пролітні будови
Нерозрізні пролітні будови мають досить високі експлуатаційні якості. Ребристі пролітні будови утворюють з балок, які на опорах жорстко з’єднують між собою за допомогою випусків арматури або зварюванням закладних деталей. Нерозрізну пролітну будову можна також отримати, стикуючи між собою окремі елементи способом попереднього напружування арматури на бетон. У мостах під автомобільну дорогу різко скорочується число деформаційних швів проїзної частини. У даний час практично не обмежують число прольотів нерозрізних систем, хоча зі збільшенням загальної довжини пролітної будови зростають температурні переміщення його кінців, що вимагає влаштування надійних деформаційних швів. Нерозрізні пролітні будови є найбільш економічними системами, вони мають і найменші деформації.
Нерозрізні пролітні будови плитно-ребристої конструкції (ПРК) мають тільки два ребра (рис. 2.10). Для утворення збірних елементів пролітна будова членується поперечними швами на всю ширину проїзду в одному напрямку для споруд на дорогах I категорії і повну ширину проїзду на дорогах II і більш низьких категорій. Довжина блоків до 3 м; ширина (залежно від габариту проїзду) до 14...16 м. У торцях кожного блоку між двома поздовжніми ребрами розташовуються поперечні ребра висотою 500...600мм. Товщина плити проїзної частини в середній частині блоку між ребрами 140...160мм.
Наявність масивних ребер полегшує установку арматури й укладання бетону.
Як приклад розглянемо нерозрізну пролітну будову плитноребристої конструкції з прольотами 31, 15 і 42 м (рис. 2.10, а). Розрахункова висота головних балок 2,1 м, ширина 0,72 м. Пролітна будова розчленована поперечними швами на блоки довжиною 2,94 м.
Блоки встановлюються краном на підмости (пунктир на рис. 2.10, а) з обпиранням поперечними ребрами на рейки; після установки блоки пересувають у проектне положення, а потім з’єднують з раніше зібраною конструкцією клейовими стиками.
Напружена арматура з пучків по 48 дротів діаметром 5 мм, розташованих у закритих каналах діаметром 75мм (рис. 2.10, б).
Рис. 2.10. Пролітна будова плитно-ребристої конструкції: а схема розташування блоків і поперечний розріз; б схема розташування арматури біля опори; г стик арматурного пучка
Після збирання блоків чергового прольоту і натягу арматури підмости переміщають у наступний проліт. У кожному прольоті передбачається монолітний стик, у межах якого арматуру раніше змонтованого прольоту з’єднують з арматурою наступних (рис. 2.10, е). Пучки арматури мають дроти з висадженими на кінцях голівками. Після закінчення монтажу блоків наступної секції пучки пропускають крізь канали, ставлять на кінці збірний анкер 1 і з'єднують його за допомогою муфт 2 з анкером 3 відповідного пучка попередньої секції. Потім бетонують стик і натягають арматуру.
Для раціонального використання риштовання, що переміщаються, пролітні будови ПРК доцільно застосовувати при числі прольотів більше трьох-чотирьох.
2.4.2. Коробчаті пролітні будови
Особливості конструкції, роботи і монтажу. Зі збільшенням прольоту моста виникає необхідність розвитку нижнього пояса балок у прольотах для розміщення напружуваної арматури і на опорах з умови міцності бетону на стиск. У нерозрізних і консольних мостах великих прольотів розвиток нижнього пояса приводить до перерізу коробчатої форми (рис. 2.13). Великою перевагою замкнутого коробчатого перерізу є його підвищена жорсткість при роботі на кручення, що у порівнянні з жорсткістю незамкнутого профілю тих же розмірів може бути більшою в десятки і більше разів, що істотно поліпшує роботу пролітної будови при несиметричному розташуванні навантаження до поздовжньої осі моста.
Товщина стінок визначається розрахунком балок на головні напруження. Сумарну товщину стінок у перерізі над опорами рекомендується приймати приблизно в межах 1/15...1/30 висоти перерізу головних балок на опорах. У побудованих мостах сумарна товщина стінок прийнята ближче до першої межі.
Товщина нижньої плити на ділянках з від’ємними моментами визначається роботою плити на стиск у складі коробчатого перерізу. Ця товщина для мостів великих прольотів зазвичай дорівнює 400...700мм, іноді більше. Товщину нижньої плити на ділянках з додатними згинальними моментами приймають з умови обтиснення бетону в момент попереднього напруження або мінімальною, виходячи з умов проектування.
Коробчата пролітна будова, маючи велику жорсткість при роботі на кручення, забезпечує включення всього перерізу в роботу на вигин. Тому немає необхідності встановлювати поперечні діафрагми уздовж усього прольоту вони можуть бути тільки на опорних перерізах, де на головні балки передаються великі зосереджені сили.
Приклади конструкцій коробчатих пролітних будов змінної жорсткості. На рис. 2.11 показано міст зі збірного попередньо напруженого залізобетону через р. Волгу. У судноплавній частині міст являє собою п’ятипролітну нерозрізну балкову систему з розбивкою на прольоти 106+3166+106 м, а в заплавній розрізну систему з 28 прольотів по 70м кожний.
Рис. 2.11. Наскрізна нерозрізна пролітна будова
Нерозрізна конструкція над середніми опорами виконана наскрізною, а в середній частині прольотів має суцільні ділянки (рис. 2.11, а).
Наскрізна частина пролітної будови довжиною 120м складається з чотирьох ферм з трикутною решіткою. Дві такі ферми, з’єднані розпірками, були зібрані на березі і подавалися суцільними на плавучих опорах у проліт. Середня ділянка довжиною 46м збиралася окремо, транспортувалася і з’єднувався з наскрізною частиною стиками. Нижній пояс ферм і її розкоси прямокутного перерізу, верхній двотаврового перерізу. Ферми з’єднані попарно розпірками у вузлах нижнього пояса і діафрагмами, що розміщені між ребрами верхнього пояса.
Попереднє напруження розтягнутих розкосів виконувалося на стендах. Верхні пояси служать одночасно плитою проїзної частини і попередньо напружуються (рис. 2.11, 6, в) при збиранні ґратчастих секцій на спеціальних риштованнях.
Випробування пролітної будови підтвердило високі якості цієї великої унікальної споруди.
Пролітна будова судноплавної частини має наступні показники: витрата бетону 0,95 м3/м2, арматури 256 кг/м2, у тому числі високоміцного дроту 72 кг/м2.
На рис. 2.12 показано міст, який побудований під спільний рух потягів метро і міського транспорту. Пролітна будова центральної частини мостового переходу, що виконана з розбивкою на прольоти 11,18+62,25+114+62,25+11,18 м, має ширину між поручнями 39,75м, з яких 9,75м для руху потягів метро (рис. 2.13, 6). Ширина моста для міського транспорту 30м, включаючи шість смуг автомобільного руху, розділову смугу і два тротуари. Бічні консольні прольоти служать противагами для погашення від’ємних реакцій на крайніх опорах і зниження додатних моментів у крайніх прольотах.
Опори вище обріза фундаментів шириною 7,5 м виконані з крупноблочних елементів. Під кожну опору забиті палі, об’єднані ростверком розміром у плані 39,412 м.
Бетон пролітної будови класу В50; попередньо напружена арматура – сталеві дротові канати діаметром 52,5 мм із межею міцності 1750 МПа.
Рис. 2.12. Нерозрізний балковий міст: 1 опорна частина рухома; 2 те саме, нерухома; 3 береговий натяжний блок; 4 монтажні стики; 5 над опорний натяжний блок; 6 тросова попередньо напружена арматура третьої черги напруження; 7 упори для закріплення петльовий натягу вальних тросів; 8 тросова попередньо напружена арматура другої черги напруження; 9 тросова напружувана арматура нижньої плити, безпетльова; 10 те саме, петльові; 11 тросова напружувана арматура
У поперечному перерізі пролітна будова складається з однієї двосекційної і двох односекційних коробок.
Висота коробчатих балок на середніх опорах 5,5 м, у середині центрального прольоту 2,3 м. Товщина нижніх плит уздовж прольоту змінюється від 0,8 м над річковими опорами до 0,2 м у середині прольоту.
Товщина плити проїзної частини в балках під автомобільне навантаження прийнята постійною 0,31м, а під залізничне 0,3м. Товщина вертикальних стінок змінна від 0,34 до 0,26 під автомобільне навантаження і від 0,3 до 0,2м – під залізничне.
Після закінчення збирання коробчатих балок пролітної будови і натягу поздовжньої арматури, що напружується, обидві автодорожні балки були об’єднані омонолічуванням у поздовжньому шві.
Поздовжня тросова арматура, що напружується, з анкерами клиноподібного типу розташована у відкритих каналах верхніх плит (рис. 2.12, в).
Елементи, що напружуються і розташовані праворуч, закріплені в лівій половині опорного блоку, а елементи, розташовані ліворуч, у правій половині. Арматуру, натягнуту після закінчення монтажу, заанкерили в натяжних блоках над береговими опорами.
Надопорні ділянки головних балок монтували на риштованні із залізобетонних плит заводського виготовлення довжиною 2,8м. Спочатку плити укладали на підмости і вивіряли їхнє положення, після чого встановлювали плити стінок.
Довжина надопорних ділянок була визначена з урахуванням розміщення блоків з устаткуванням для натягу тросової арматури, що напружується, а також з урахуванням розміщення монтажних агрегатів на верхніх плитах надопорних блоків для начіпного монтажу головних балок.
Відповідальною операцією було замикання змонтованої консольної пролітної будови в нерозрізну систему. Центральну секцію збирали в наступному порядку: спочатку збирали нижню плиту і стінки, після омонолічування яких і натягу необхідних пучків встановлювали і омонолічували верхню плиту і натягали іншу арматуру.
Витрата матеріалу на 1 м2 горизонтальній площі моста: для автодорожньої частини: бетону 0,82 м3, арматури 215 кг, у тому числі високоміцної 59 кг; для метрополітену: бетону 1,11 м3, арматури 309 кг, у тому числі високоміцної 79 кг. Вміст арматури в 1 м3 бетону пролітної будови для автодорожньої частини 212 кг, для метрополітену 285 кг.
Нерозрізний автодорожній міст (рис. 2.13), виконаний з розбивкою на прольоти 54+984+54 м, загальною довжиною 864 м при габариті проїзду Г-9+21,5. Нерозрізна пролітна будова змінної висоти (на середніх опорах 4,5 м, у прольоті 3,16 м) з однокоробчатим поперечним перерізом і шириною нижньої плити 4,4 м.
У верхній і нижній плитах і бічних стінках улаштовані канали для пропуску пучкової арматури, що напружується. Пролітна будова була змонтована з 310 блоків на клеєних стиках і дев’яти ключових блоків на мокрих стиках. Довжина блоків, крім надопорного і ключового, 2,78 м. У кожному середньому прольоті вісім блоків мають змінну висоту від 3,16 до 4,5 м, висота інших блоків по 3,16 м. Блоки виготовлені з бетону класу В50.
Рис. 2.13. Поперечний переріз пролітної будови нерозрізного мосту
Монтажна маса блоків від 41,5 до 52,8 т. Блоки армовані сітками, каркасами й окремими стержнями з арматури А-І і А-ІІ. Арматура пролітної будови, що напружується, складається зі здвоєних пучків (224=48 дротів діаметром 5 мм) високоміцного дроту, що проходять у закритих каналах.
Витрата бетону на 1 м2 моста 0,536 м3, арматури 94 кг.
2.5. Опори балкових пролітних будов
Опори сприймають навантаження від пролітних будов і передають його на основу. Опори розділяються на проміжні (бики) і берегові (устої).
У сучасному мостобудуванні застосовують опори полегшеного типу, у тому числі з залізобетону. Опори виконуються головним чином збірними, що монтуються з готових елементів, і збірно-монолітними. Залізобетонні опори розділяються на жорсткі і гнучкі.
Для проміжних опор, розташованих вище рівня льодоходу, раціонально застосовувати телескопічні опори у вигляді залізобетонних оболонок.
Конструкція опори автодорожнього моста з монолітної масивної підводної частини нижче рівня льодоходу з оболонок діаметром 2,4 м, заповнених бетоном, і вище рівня високих вод з оболонок діаметром 1,6 м, заповнених піском, показана на рис. 2. 14, а.
Рис. 2.14. Проміжні опори (бики): а із залізобетонних оболонок вище рівня льодоходу і з масивною нижньою частиною; б із залізобетонних оболонок в підводній частині
Для збільшення нормальної сили, що сприятливо позначається на зниженні розтягувальних напружень, порожнини в опорах заповнюють бетоном або піском.
Масивна частина опори також переважно виконується збірною. У цьому випадку кращим рішенням є поділ опори на більш великі залізобетонні блоки невеликої товщини, але більшої площі. При такому рішенні зручніше зашпаровувати в ці блоки палі і стійки надводної частини опори.
У багатьох випадках виявляється доцільним застосовувати опори збірної конструкції. Це найбільше раціонально там, де збірною є тільки поверхня опори невеликої товщини у вигляді залізобетонної “шкарлупи”, заповненої бетоном. Прикладом можуть служити опори, що мають у підвідній частині залізобетонні оболонки з бетонним заповненням (рис. 2.14, 6).
Гнучкі пальові опори застосовуються на ріках з дуже слабким льодоходом (товщина льоду до 15 см). При льодоходах з товщиною льоду 15...30 см пальові опори повинні бути захищені пальовими льодорізними кущами. Кожна гнучка пальова опора складається з двох основних елементів прямокутних паль і насадки. Перерізи паль приймають 3035, 3535, 4040см; довжина паль визначається в кожному окремому випадку і залежить від висоти опори і необхідної глибини занурення паль. Найбільша довжина паль 14м. Глибина забивання паль у ґрунт повинна складати не менш 4 м, не враховуючи слабкого шару ґрунту (торф, іл). Насадки для прольотів 7,5; 10; 12,5 і 15м роблять збірні і монолітні. Збірні насадки складаються з двох однакових елементів, що стикуються бетонуванням на місці з попереднім зварюванням внапуск випусків арматури.
Застосування гнучких пальових опор дає значну економію бетону порівняно з масивними опорами і вирішує проблему збірності опор у мостах малих прольотів.
Гнучкі пальові опори проектують під типові розрізні пролітні будови. Найбільш простою схемою моста є односекційна з двома, трьома або чотирма прольотами. При більшій довжині моста його поділяють на кілька секцій (рис. 2. 15, а). Стики секцій виконуються за рахунок зближення однорідних опор. Членування мостів на секції пов’язано з тим, що в палях опор довгих мостів виникають великі згинальні моменти від температурних деформацій пролітних будов.
Рис. 2.15. Схеми мостів на пальових опорах ( а ) та гнучкі опори балкових пролітних будов ( б )
Це призводить до збільшення перерізу паль і робить більш доцільним влаштування зближених опор на стиках секцій.
Розчленовуванням моста на окремі, не зв'язані один з одним, секції досягається за рахунок зменшення горизонтальних деформацій опор. Насадки пальових опор, що розраховуються як нерозрізні балки, мають, як правило, постійну висоту 400мм.
Зусилля в стояках гнучких пальових опор можна визначити як у рамній конструкції з защемленими нижніми і шарнірними верхніми кінцями. Ригелями рам служать пролітні будови моста.
Там, де влаштувати пальові опори важко, гнучкі опори виконують у вигляді залізобетонних стінок, що робляться як на масивних фундаментах, так і на пальових ростверках. Висота стінок приймається не більшою за 10...12м, товщина біля 1/25 висоти. Такі опори менш економічні, ніж пальові.
Під нерозрізні пролітні будови застосовуються гнучкі опори у вигляді гнучких стійок або стінок, які жорстко з’єднані з пролітною будовою (рис. 2.15, б). Верхні і нижні шарніри забезпечують центрування зусиль і виключають появу згинальних моментів у перерізах опор, що дозволяє приймати ширину опор рівною 1/20 їхньої висоти.
Берегові опори є конструкціями більш складними, ніж проміжні опори. В даний час будують опори зі зворотними стінками, обсипні і стоякові (рис. 2.16). У першому випадку довжина пролітної будови менша, ніж у другому, але більшою є витрата бетону на опору.
При великих висотах насипу (від 10 до 22м) застосовують обсипні опори, які виконуються у вигляді збірної конструкції.
Істотне зниження витрати бетону і вартості будівництва досягається за рахунок застосування пальових опор.
Стоякові опори складаються зі збірних залізобетонних стійок і суцільних фундаментів або низьких пальових ростверків. Зверху укладаються насадки і вертикальна стінка, які і утворять місце для укладання балок проїзної частини (див. рис. 2.16, б). В стоякових устоях, як і в пальових, при дії з боку насипу значних горизонтальних сил стоякам, зверненим до пролітної будови, надають нахил (козлові устої).
Стоякові устої козлового типу широко використовуються для автодорожніх і міських мостів під уніфіковані пролітні будови довжиною від 12 до 42м. У поперечному напрямку відстань між стояками перерізом 3535 см відповідає відстані між осями балок пролітної будови. Стоякові устої козлового типу застосовують висотою від 4 до 10 м.
У практиці будівництва знаходять застосування полегшені устої й інші типи, наприклад стовпчасті, на трубах-оболонках і ін.
Розрахунок опор балкових мостів і їхніх основ виконується на сполучені навантаження. При цьому опора і фундамент перевіряються на стійкість при перекиданні і ковзанні і на міцність основи.
Рис. 2. 16. Берегові опори балкових пролітних будов (устої): а зі зворотними стінками; б обсипні; в стоякові козлові
Основи і фундаменти мостових опор. Опори повинні забезпечувати міцність елементів основи. Часто в тих самих умовах тип фундаменту може бути прийнятий різним. Якщо сили, що діють на опору, великі, а ґрунти основи слабкі, то необхідно влаштовувати фундаменти глибокого закладення палі, палі-оболонки, палі-стовпи і ін. Палями називають елементи з поперечним перерізом до 0,8 м; палями-оболонками вважають порожнисті елементи діаметром більшим за 0,8м, що занурюються з видаленням ґрунту з їхньої порожнини; палями-стовпами елементи діаметром більшим за 0,8м, що бетонуються в скважині.
Фундаменти опор на палях і оболонках є індустріальними конструкціями, завдяки чому можуть зводитися механізованим способом і погружатися у піщані ґрунти на глибину до 40 м, в глинисті до 25м.
Палі, занурені до скельних ґрунтів, називають палями-стійками. При цьому можна цілком використовувати міцність стовбура палі. Особливо ефективними виявилися оболонки діаметром більшим за 1м, які опускають до скелі і забурюють в неї. Такі оболонки застосовують у вигляді пальового фундаменту з плитою ростверку, заглибленою в ґрунт (рис. 2. 17, а), або в складі високого пальового ростверку; в останньому випадку при діаметрі до 2 м оболонки можуть бути похилими (рис. 2.17, 6).
Рис. 2.17. Опори з оболонками, що забурені у скалу
2.6. Пролітні будови аркових мостів
Арковими залізобетонними мостами завдяки високій міцності залізобетону можна перекривати великі прольоти. Такі мости успішно конкурують з металевими мостами. Прикладом можуть служити унікальні залізобетонні аркові мости, побудовані у нас і за рубежем: двоярусний арковий міст через Дніпро прольотом 228 м, міст через р. Парана на границі між Бразилією і Парагваєм прольотом 290 м, міст через р. Параматту в Сіднейській гавані прольотом 305 м і ін.
За основний параметр в аркових мостах приймається відношення стріли підйому до прольоту. Це відношення знаходиться в межах від 1/6 до 1/16 і залежить в основному від рельєфу місцевості. Чим більша стріла підйому арки, тим менший розпір.
Аркові мости відносяться до розпірних систем і виконуються у вигляді трьохшарнірних, двохшарніх і безшарнірних склепінь і арок з їздою поверху, посередині і понизу (див. рис. 2.3). Проїзна частина мосту підтримується: при їзді поверху стійками, при їзді понизу підвісками і при їзді посередині частково стійками і частково підвісками.
Видатною спорудою є двоярусний безшарнірний арковий міст прольотом 228 м з монолітного залізобетону через р. Старий Дніпро (див. рис. 2.2). За розмірами прольотів цей міст уступає деяким закордонним автодорожнім мостам, однак він має найбільший проліт з мостів, запроектованих під спільний рух автотранспорту і поїздів. Верхній ярус моста розрахований на важке залізничне (два шляхи), а нижній на автомобільне навантаження.
Арковий міст зі стрілою підйому 34 м виконаний у вигляді коробчатого склепіння змінного перерізу. Висота склепіння в ключі становить 6 м, до п’ят вона збільшується до 7 м. Таке порівняно невелике збільшення жорсткості склепіння до опор забезпечує кращий розподіл напружень у перерізах, чим у більш старих безшарнірних мостових склепіннях. Коробчате склепіння складається з чотирьох ребер шириною по 350 мм і суцільних нижньої і верхньої плит постійної товщини 400 мм.
З побудованих останнім часом збірних залізобетонних мостів великий інтерес з точки зору інженерного вирішення викликає міст через р.Єнісей в м. Красноярську (рис. 2.18, а) з прольотами по 150 м.
Рис. 2. 18. Конструкції аркових мостів: а – у м. Красноярську через р. Єнісей; б – через р. Параматту в Сіднейській гавані
Аркові пролітні будови у вигляді напівсклепінь виготовлялися заздалегідь на березі і доставлялися до місця установки на плаву. Монтажна маса кожного напівсклепіння 1500 т. Розкружавлення здійснювали з плавучих опор. Надаркова будова моста складається з блоків п’яти типорозмірів, маса блоків від 2 до 5 т, повторюваність їх до 600 разів. Бетон класу В40.
Висота склепіння для простоти виготовлення прийнята по довжині всього прольоту постійною з відношенням до прольоту 1/47. Підйом склепіння складає 1/8,3 прольоту. Конструкція надаркової будови складається з плоских поперечних рам, розміщених на відстані 9,5 м. Три крайні найбільш високі рами жорстко з’єднані з арками, четверта спирається на арки шарнірно, а остання представляє гнучку стінку.
Проїзна частина складена з П-подібних панелей 9,53,06 м з висотою ребер 0,8 м, об'єднаних у шестипролітну нерозрізну систему. Елементи рам заготовлені в літню пору на полігоні, аркові пролітні будови виготовляли на березі у вигляді окремих напівсклепінь довжиною 75 м з наступною подачею в проліт на плаву.
Становить інтерес конструкція моста прольотом 305 м через р. Параматту в Сіднейській гавані в Австралії (рис. 2.18, б). Пролітна будова складається з чотирьох безшарнірних склепінь коробчатого перерізу, не з'єднаних між собою. Товщина стінок однакова по всій довжині прольоту. Зводи запроектовані зі збірних блоків масою до 50т з бетону класу В40. Проїзна частина надаркової будови складається з восьми попередньо напружених балок. Температурні шви в надарковій будові розташовані у чвертях прольоту. Для складання склепінь застосовувалися сталеві кружала, що послідовно переміщалися в поперечному напрямку в міру закінчення монтажу чергового склепіння. Блоки склепінь підвозилися баржами.
2.7. Вантові пролітні будови
Основний елемент комбінованої вантової системи складається з балки у поєднанні з надопорними вантами, що працюють на розтяг, і з стояків-пілонів, що працюють на стиск. Поєднання рамно-консольних, рамно-підвісних і нерозрізних систем з вантовими шпренгелями дає економічно вигідне рішення.
Вантові шпренгелі зазвичай являють собою пакети тросів закритого або відкритого типу з радіальним або паралельним розташуванням вант (рис. 2.3, з). Вантова система багато разів статично невизначена. За рахунок роботи вант значно зменшуються згинальні моменти в балках, оскільки балка жорсткості у цьому випадку працює як нерозрізна балка на пружних опорах. Згинальний момент прямо пропорційний жорсткості балок і обернено пропорційний перерізу вант.
Висота балок зазвичай приймається від 1/50 до 1/100 прольоту.
Система вантових мостів економічна при великих прольотах (140м і більше).
Вантовий міст через р. Ваал у Голландії, побудований у 1974 р., з розбивкою на прольоти 77,5+95+267+95+77,5 м (рис. 2.19, а).
У крайніх прольотах балка жорсткості прийнята нерозрізною з консолями в головний проліт, що підтримують підвісний проліт довжиною 65 м.
У поперечному перерізі пролітна будова складається з двох коробчатих балок постійної висоти 3,5 м. У місцях прикріплення вант поставлені похилі поперечні балки. Ноги пілонів пропущені крізь коробки, балка жорсткості спирається на пілон нерухомо, а на інші опори через рухомі опорні частини. На голові пілона встановлена сталева коробчата конструкція, через яку без обриву пропущена велика частина канатів.
Балки жорсткості попередньо напружені, у крайніх прольотах на кожну балку припадає 54 каната, у межах вантових до 10 канатів.
Ванти складаються з канатів з розривним зусиллям 3120 кН і знаходяться у збірній залізобетонній попередньо напруженій оболонці. Число канатів у довгій ванті 40, у короткій 20.
Ванти кріпляться до балки жорсткості за допомогою похилих діафрагм, армованих попередньо напруженою арматурою. Канати вант розведені в межах діафрагм і закріплені анкерами (рис. 2.19, б).
2.8. Кам’яні і бетонні мости
Кам’яними називають мости, що побудовані з природного або штучного каміння, а бетонними, що побудовані з монолітного бетону. Оскільки камінь і бетон добре працюють на стиск і значно гірше на згин, то такі мости завжди проектують у вигляді аркових систем.
Головним несучим елементом цих мостів є склепіння (рис. 2.20), що обпирається своїми п’ятами на опори. Над склепінням влаштовують надсклепінчату будову, яка підтримує полотно проїзної частини з тротуарами. Щоб у камінь чи бетон не могла проникнути волога, що просочується через дорожнє покриття, внутрішні поверхні кам’яної конструкції покривають водонепроникним шаром гідроізоляції. Гідроізоляція має велике значення, оскільки волога, замерзаючи і розмерзаючи, призводить до передчасного руйнування природного і штучного каміння, а при дуже низьких температурах можне навіть викликати руйнування конструкцій. Склепіння через п’яти передають опорний тиск на устої, а в багатопролітних мостах – на проміжні опори (бики). Через тіло устою або бика тиск передається на фундаменти і основу.
Кам’яні мости, що побудовані з довговічного матеріалу, при хорошій гідроізоляції можуть служити дуже тривалий час.
Рис. 2.20. Кам’яні мости з суцільною надбудовою: а – кам’яний міст з засипкою; б – кам’яний міст з бутовим заповненням; 1 – деформаційний шов; 2 – щокова стінка; 3 – парапет; 4 – замок склепіння; 5 – склепіння; 6 – гідроізоляція; 7 – п’ята склепіння; 8 – засипка; 9 – зворотна стінка устою; 10 – дренаж; 11 – м’ята глина; 12 – тіло устою; 13 – фундамент зворотної стінки устою; 14 – бутове заповнення; 15 – водовідвідна трубка; 16 – проміжна опора (бик); 17 – облицювання
Вони мають привабливий зовнішній вигляд і архітектурну виразність.
Головним недоліком кам’яних мостів є велика трудомісткість їх зведення. При муруванні склепіння використовують складні риштовання, котрі мають підтримувати його до набрання міцності. Велика власна вага кам’яних мостів потребує більш міцніших і масивніших опор порівняно з арковими мостами з інших матеріалів.
Бетонні мости вигідно відрізняються від кам’яних можливістю механізованого укладання бетонної суміші. Проте в бетонних мостах від усадки бетону і коливань температури виникають великі додаткові напруження.
Кам’яні і бетонні мости за своєю конструкцією поділяють на три види: мости з засипкою; мости з бутовим заповненням; мости з полегшеною надбудовою.
Мости з засипкою. Кам’яні мости з одним невеликим прольотом, як правило, влаштовують з надбудовою у вигляді засипки. Як засипку використовують крупний річковий пісок, щебінь або гравій. Цим матеріалом засипають простір між поздовжніми щоковими стінками, що обпираються на краї склепіння, і боковими стінками устоїв, які називаються зворотними, і являють собою продовження щокових стінок пролітної будови. (рис. 2.20, а). Склепіння своїми п’ятами обпирається на устої і через тіло устою передають тиск на фундамент і далі на ґрунт. Щоб атмосферна волога, попадаючи в засипку, не проникала в кам’яну конструкцію склепіння, верхню поверхню склепіння і внутрішні поверхні щокових стінок покривають гідроізоляцією. Гідроізоляційний шар продовжують і на устої, покриваючи тіло устою і внутрішні поверхні зворотних стінок.
Вода, яка потрапила в засипку, стікає по гідроізоляційному шару до задньої частини устою і попадає на шар м’ятої глини, по якому відводиться в дренаж. Дренаж відводить воду за межі мосту на низову частину насипу.
В кам’яних мостах, що мають прольоти більші за 15м, а в бетонних – при прольотах більших за 10м в щокових стінках над п’ятами склепіння треба влаштовувати деформаційні шви. Ці шви потрібні тому, що при завантаженні пролітної будови тимчасовим навантаженням і особливо при одночасному зниженні температури склепіння прогинається, а разом з ним і надбудова. При цьому щокові стінки над п’ятами склепіння хочуть повернутися в сторону прольоту і відокремитися від кладки над устоями і биками. Влаштування швів попереджує виникнення тріщин в цих місцях.
Мости з бутовим заповненням. Замість засипки в кам’яних мостах використовують також бутове заповнення у вигляді бетону, бутобетону або бутової кладки (рис. 2.20, б). Зовнішні щокові поверхні облицьовують кладкою з міцного і довговічного каменю. Влаштування надбудови з бутовим заповненням вигідніше, ніж з засипкою, у мостах, що мають підняті склепіння. У цьому випадку щокові стінки біля п’ят високі і при використанні звичайної засипки мають мати велику товщину. Бутове заповнення дозволяє значно зменшити товщину щокових стінок. Використовувати бутове заповнення доцільно також в багатопролітних кам’яних мостах для заповнення пазух над проміжними опорами.
Гідроізоляційний шар укладають поверх бутового заповнення з ухилом 1,5...2,0% для відводу води. В місцях, куди по гідроізоляції стікає вода, ставлять водовідвідні трубки (див. рис. 2.20, б). Над п’ятами склепінь у бутовому заповненні влаштовують наскрізні деформаційні шви. Гідроізоляцію не переривають, щоб у шви не попадала вода.
Устої мостів з бутовим заповненням, крім бокових (зворотних) стінок, влаштовують і з передньою стінкою (див. рис. 2.20, б), яка сприймає горизонтальний тиск насипу.
Рис. 2.21. Кам’яні мости з полегшеною надбудовою: а – міст з поперечними отворами; б – проїзна частина мосту з вузьким склепінням; в –те саме, при двох паралельних вузьких склепіннях; 1 – деформаційні шви; 2 – гідроізоляція; 3 – бутове заповнення; 4 – передня стінка устою; 5 – поперечна стінка надбудови; 6 – арка над поперечним отвором; 7 – тіло устою; 8 – склепіння; 9 – водовідвідна трубка; 10 – облицювання; 11 – залізобетонна плита; 12 – поздовжня арка між паралельними склепіннями
Мости з полегшеною надбудовою У кам’яних мостах з великими прольотами доцільно полегшувати надбудову, влаштовуючи в ній поздовжні або поперечні отвори. Найчастіше в надбудові влаштовують поперечні отвори, перекриваючи їх арками (рис. 2.21). У цьому випадку отримують наскрізну полегшену надбудову, яка наадає мостові красивий зовнішній вигляд. Арки, що перекривають поперечні отвори, спираються на поперечні стіни, які зводять на основному склепінні. Для того щоб при деформуванні склепіння від тимчасового навантаження і зміни температури в надбудові не виникали тріщини, над п’ятами склепіння влаштовують деформаційні шви. Якщо над п’ятою розташовується арка отвору, то таку арку треба мурувати трьохшарнірною зі швами (див. рис. 2.21, а) над шарнірами в бутовому заповненні щокових стін і парапетів.
Інший спосіб полегшення кам’яних мостів – це використання вузьких склепінь. У цьому випадку склепіння роблять меншої ширини, ніж проїзна частина мосту, а останню підтримують консольною залізобетонною плитою (рис. 2.21, б). Міст може мати і два вузьких паралельних склепіння, відстань між якими перекривають поздовжніми арками (рис. 2.21, в) або залізобетонною конструкцією.
2.9. Основні положення розрахунку залізобетонних мостів
2.9.1. Навантаження і впливи
Розрахунок мосту складається з двох частин. Перша частина – визначення зусиль, що виникають в елементах мосту від впливу всіх видів навантажень (статичний розрахунок). Друга частина – розрахунок перерізів на міцність, тріщиностійкість та жорсткість. Розрахунки треба виконувати не тільки на стадії експлуатації конструкції, але й на стадії її виготовлення (особливо для попередньо напружених конструкцій), транспортування і монтажу.
Для того щоб виконати статичний розрахунок конструкції необхідно визначити ті навантаження, які діятимуть на конструкцію на відповідній стадії її роботи.
Розглянемо можливі навантаження і впливи на конструктивні елементи мостів.
В загальному випадку на будь-яку конструкцію діють постійні та тимчасові навантаження.
До постійних навантажень відносяться власна вага конструкції та вага тих конструкцій, які на неї опираються. Наприклад, постійним навантаженням для балок пролітної будови мосту є власна вага балки плюс власна вага дорожнього полотна. Постійним навантаженням для опор мосту є власна вага опор плюс власна вага балок пролітної будови плюс власна вага дорожнього полотна. Для визначення постійних навантажень треба задатися опалубковими розмірами конструкції та конструкцією дорожнього полотна. Підрахувавши об’єм конструктивного елемента та знаючи об’ємну вагу матеріалу, можна визначити вагу конструктивного елементу.
До тимчасових навантажень відносяться такі, які діють на конструкцію визначений період часу. Для мостів – це вага автомобілів, людей, сніг, вітер тощо. Значення цих навантажень нормуються. Розглянемо більш детально кожний вид тимчасового навантаження, що може діяти на конструкції мосту.
Тимчасове вертикальне навантаження від автомобілів приймають у вигляді смуги рівномірно розподіленого навантаження необмеженої довжини. Кожна смуга складається з двох колій. Крім цього на кожній смузі знаходиться двовісний візок, розташування і ширина коліс якого співпадають з розташуванням і шириною колій. (рис. 2.22,а). Позначають таке навантаження буквами АК (А – означає автомобільне навантаження, К – клас навантаження, що чисельно дорівнює інтенсивності рівномірно розподіленого навантаження в кілоньютонах на метр). Тиск на кожну вісь двовісного візка дорівнює 10К, кН. Для всіх мостів на дорогах І, ІІ та ІІІ категорій та на великих мостах на дорогах ІV та V категорій значення К приймають рівним 11кН/м (навантаження А-11). Для малих і середніх мостів на дорогах ІV та V категорій К=8кН/м (А-8). При цьому розрахунок елементів проїзної частини малих і середніх мостів на дорогах ІV та V категорій треба виконувати на дію одного візка з тиском на вісь 110кН (рис 2.22,б).
Для кожного мосту число вантажних смуг має відповідати габаритові проїзду і не повинно перевищувати числа смуг руху на мості.
По ширині мосту вантажні смуги розташовують в межах проїзної частини паралельно до поздовжньої осі мосту. Для кожного конкретного конструктивного елементу мосту їх треба розташовувати так, щоб при вибраному розташуванні смуг в елементі виникали максимальні внутрішні зусилля. При цьому відстань від краю смуги безпеки до осі найближчої вантажної смуги приймають не меншою за 1,5м, а відстань між осями сусідніх вантажних смуг – не меншою за 3м.
Рис. 2.22. Схема тимчасового вертикального навантаження АК: а – смугове навантаження та двовісний візок; б – одновісний візок
Крім цього, при розрахунках на міцність треба розглядати випадок завантаження мосту двома смугами навантаження АК (на дорогах з односмуговим рухом – однією смугою), які максимально наближені до смуги безпеки. У цьому випадку ніяке інше тимчасове навантаження не враховують.
По довжині мосту вантажні смуги треба розташовувати з розривами так, щоб викликати в розглядуваному перерізі максимальне (мінімальне) зусилля. Візки також розташовують в найбільш невигідне положення, відповідно, над максимальними або мінімальними ( в алгебраїчному відношенні) ординатами ліній впливу.
Якщо по ширині проїзної частини розташовують декілька вантажних смуг, то ту, яка розташована у самому невигідному положенні, вводять в розрахунок з коефіцієнтом , а усі інші вантажні смуги – з коефіцієнтом . Тиск від візків, розташованих на усіх смугах, вводять з коефіцієнтом .
Крім розрахунку на навантаження А-11 треба виконувати розрахунок на завантаження мосту одним важким трайлером НК-800, а крім розрахунку на автомобільне навантаження А-8 розрахунок на дію одного гусеничного навантаження НГ-600 (рис. 2.23).
Рис. 2.23. Схема тимчасових навантажень НК-800 та НГ-600 (розміри в м)
Динамічний характер прикладання тимчасового навантаження враховують наближено за допомогою динамічного коефіцієнта . Динамічний коефіцієнт приймають:
при розрахунку балкових і рамних пролітних будов
; (2.1)
при розрахунку аркових розпірних залізобетонних будов з наскрізною надарковою конструкцією
; (2.2)
для навантаження НК-800:
при м ; (2.3)
при м . (2.4)
При проміжних значеннях – по інтерполяції.
У формулах (2.1)...(2.4) – сумарна довжина ділянок завантаження.
Навантаження від людей. При розрахунку мостів з тротуарами одночасно з навантаженням АК враховують навантаження від юрби на тротуарах інтенсивністю
, (2.5)
де – сумарна довжина ділянок завантаження.
Крім цього, тротуари міських мостів перевіряють на дію зосередженої вертикальної сили , яку вважають розподіленою на площі 1510см. Тротуари інших мостів перевіряють на дію вертикальної сили .
Пішохідні мости розраховують на вертикальне рівномірно розподілене по усій поверхні проходу навантаження інтенсивністю .
При розрахунку конструктивних елементів мосту у кожному конкретному випадку враховують також такі тимчасові навантаження:
– при розташуванні мосту на кривій з радіусом виконують розрахунок на дію відцентрової сили;
– поздовжнє горизонтальне гальмівне навантаження;
– горизонтальне поперечне навантаження від бокових ударів, які можуть виникнути від навантаження АК;
– вітрове навантаження;
– льодове навантаження;
– навантаження від навали суден;
– горизонтальний тиск ґрунту на опори мосту;
– температурні впливи;
– сейсмічні навантаження.
Правила визначення та врахування цих навантажень при розрахунках більш детально описані в [1] та в іншій довідковій літературі.
Усі постійні та тимчасові навантаження в розрахунок вводяться з відповідними коефіцієнтами надійності щодо навантаження . Значення залежить від виду розрахунку та типу навантаження.
В розрахунках за другою групою граничних станів (утворення тріщин, розкриття тріщин, визначення прогинів та кутів повороту тощо) та в розрахунках на витривалість приймають рівним 1. В інших випадках значення приймають таким.
Для постійних навантажень:
– для вирівнювального, ізоляційного та захисного шару автодорожніх і міських мостів 1,3 (0,9);
– для покриття їздового полотна і тротуарів автодорожніх мостів 1,5 (0,9);
– те саме, міських мостів 2 (0,9);
– для тиску ґрунту на опори мостів 1,3 (0,8);
– для впливу повзучості і усадки бетону 1,1 (0,6);
– для впливу осідання ґрунту 1,5 (0,5);
– для інших постійних навантажень 1,1(0,9).
В дужках наведені значення для тих розрахункових випадків, коли помилка в сторону зменшення навантаження не іде в запас міцності.
Коефіцієнти надійності для навантаження АК різні для рівномірно розподіленого навантаження і для візка.
При розрахунку елементів проїзної частини тиск візка приймають з коефіцієнтом ; при розрахунку інших елементів мосту тиск візка вводиться з коефіцієнтом при сумарній довжині ділянок завантаження і при . Значення при визначають шляхом лінійної інтерполяції.
Коефіцієнт для рівномірно розподіленого автомобільного навантаження АК і для одиничної осі навантаження А-11 дорівнює 1,2. Для навантажень НК-800 і НГ-600 коефіцієнт дорівнює одиниці.
При розрахунку тротуарів і пішохідних мостів навантаження від юрби приймають з коефіцієнтом рівним 1,4. При розрахунку інших елементів, коли юрба на тротуарах враховується одночасно з автомобільним навантаженням на проїзній частині .
Усі вказані вище тимчасові навантаження враховуються у сполученні відповідно до табл. 2.1. При цьому постійні навантаження враховуються завжди.
Таблиця 2.1. Сполучення навантажень
|
Номер навантаження |
Назва навантаження |
Номери навантажень, що не враховуються у сполученні з даним |
|
Постійні навантаження і впливи |
||
|
1 |
Власна вага конструкцій |
– |
|
2 |
Вплив попереднього напруження |
– |
|
3 |
Вплив тиску ґрунту |
– |
|
4 |
Гідростатичний тиск |
– |
|
5 |
Вплив усадки бетону |
– |
|
Тимчасові рухомі навантаження і впливи |
||
|
6 |
Вертикальні навантаження |
16 |
|
7 |
Вплив тиску ґрунту від тимчасового вертикального навантаження |
16 |
|
8 |
Горизонтальне поперечне навантаження від доцентрової сили |
9,16,17 |
|
9 |
Горизонтальні поперечні удари рухомого навантаження |
8,10,11,16,17 |
|
10 |
Горизонтальне поздовжнє навантаження від гальмування або сили тяги |
9,12,13,16,17 |
|
Інші тимчасові навантаження і впливи |
||
|
11 |
Вітрове навантаження |
9,13,17 |
|
12 |
Льодове навантаження |
10,13,17 |
|
13 |
Навантаження від навали суден |
10,11,12,14,15,16,17 |
|
14 |
Вплив зміни температури |
13,17 |
|
15 |
Вплив морозного спучення ґрунту |
13,16,17 |
|
16 |
Будівельні навантаження |
6...10,13,15,17 |
|
17 |
Сейсмічні навантаження |
8,16 |
Розрахунок на спільну дію основних силових факторів і небезпечних впливів навколишнього середовища виконують на сполучення навантажень і впливів 1...8, 14,16. Розрахунок за граничними станами другої групи виконують на сполучення навантажень і впливів 1...8,14 та 16. При розрахунках на тріщиностійкість додатково враховують навантаження 10, а при розрахунках на зміщення опор – 9,10,11,12,13,17.
Визначаючи зусилля від сполучення різних навантажень останні в розрахунок вводять з коефіцієнтом сполучень , який враховує вірогідність одночасної дії навантажень. Цей коефіцієнт для усіх постійних навантажень, основних тимчасових, а також супутніх або похідних, коли інші тимчасові навантаження не враховуються, приймається рівним 1. Коли ж інші тимчасові навантаження враховуються, то основні тимчасові навантаження множаться на коефіцієнт , а інші тимчасові навантаження множаться на коефіцієнт . Для вітрового навантаження при сполученні його з рухомим вертикальним навантаженням коефіцієнт . Будівельні навантаження вводяться завжди з коефіцієнтом .
2.9.2. Визначення зусиль в елементах пролітних будов
На даний час існують два підходи до розрахунку зусиль, що виникають у пролітних будовах від постійних і тимчасових навантажень. Один підхід базується на розгляді пролітної будови як єдиної системи, що складається з лінійних (стержневих) і континуальних (плитних, оболонкових) елементів, так чи інакше між собою з’єднаних. При цьому відразу визначаються сили й моменти, що діють у всіх напрямках. Другий підхід базується на розчленовуванні системи на окремі елементи і на розгляді роботи пролітної будови в поперечному і поздовжньому напрямках окремо. Так, при розрахунку плитно-ребристої пролітної будови плита розраховується на роботу в поперечному напрямку з урахуванням її обпирання на ребра або защемлення в них. При цьому згинаючі для плити опорні моменти є крутними для ребер. Для розрахунку виділяється смуга плити шириною 1 м; проліт плити – відстань між гранями балок. Наближено враховується утримуючий вплив іншої частини плити. Розрахунок виконують на навантаження, розташовані на виділеній смузі. Потім розглядається робота уздовж мосту. Для розрахунку виділяється окрема балка (ребро зі спільно працюючою з ним плитою). При цьому тим або іншим способом визначається частка участі балки у сприйнятті всього навантаження, що розташовується по ширині мосту. Розрахунок виконують на вплив однієї навантажувальної смуги АК з візком або одного екіпажа НК-800, але із множенням на коефіцієнт поперечної установки, що враховує частку участі даної балки в сприйнятті усього діючого на пролітну будову рухомого навантаження. Чисельно коефіцієнт поперечної установки дорівнює числу навантажувальних смуг, візків, машин НК-800 або НГ-600, що сприймаються балкою. Це число може бути дробовим – меншим або більшим одиниці. Постійне навантаження рівномірно розподіляють між всіма балками. При розрахунку балок у поздовжньому напрямку розраховують або тільки одну балку із самим більшим коефіцієнтом поперечної установки і тоді всі балки роблять однаковими, або, якщо балки проектуються різної жорсткості, то розраховують кілька балок і коефіцієнт поперечної установки визначають для кожної.
Визначення коефіцієнта поперечної установки зручно робити за допомогою лінії впливу тиску на дану балку. Так, якщо тим або іншим способом для розглядуваної балки побудована лінія впливу тиску на неї (рис. 2.24), то коефіцієнт поперечної установки для навантажувальних смуг
, (2.6)
де та – ординати лінії тиску під коліями навантажувальної смуги, розташованої найбільш несприятливо для розглядуваної балки.
Рис. 2.24. Завантаження лінії впливу тиску на головну балку
Ординати під коліями інших навантажувальних смуг приймають з коефіцієнтом смугастості .
Коефіцієнт поперечної установки для візка
. (2.7)
Множник 0,5 ведений у зв'язку з тим, що КПУ визначає частку від цілої навантажувальної смуги або візка, а ординати лінії тиску взяті під центрами ваги колій (коліс візка).
При прямолінійній лінії тиску (наприклад при використанні способів позацентрового стиску, звичайного і узагальненого) ординати можна брати під центрами навантажувальних смуг і візків, і тоді множник 0,5 не вводиться.
Згинальні моменти від постійного навантаження, АК і юрби обчислюються так
де — відповідно коефіцієнти поперечної установки для навантажувальної смуги, візка і юрби; – відповідно інтенсивності, кН/м, власної ваги конструкцій, власної ваги мостового полотна без асфальтобетонного покриття і ваги асфальтобетонного покриття, що діють на одну балку; – відповідно коефіцієнти надійності щодо навантаження для навантажувальної смуги, для власної ваги пролітної будови, для ваги мостового полотна, для ваги асфальтобетонного покриття, для візка і юрби; – алгебраїчна сума площ всіх ділянок лінії впливу моменту, який визначають; та – сума площ всіх додатних і від’ємних ділянок лінії впливу; – ординати лінії впливу під колесами візка при знаходженні візка в небезпечному положенні на додатній ділянці лінії впливу; – те саме, при знаходженні візка в небезпечному положенні на від’ємній ділянці лінії впливу; – динамічний коефіцієнт.
Аналогічно моментам обчислюються поперечні сили.
Таким чином, для всіх розрахункових перерізів повинні бути побудовані лінії впливу моментів і поперечних сил і для розрахункових балок визначені коефіцієнти поперечної установки. Лінії впливу моментів і поперечних сил у перерізах нерозрізних балок можна будувати, використовуючи таблиці.
Спосіб визначення коефіцієнтів поперечної установки треба вибирати залежно від типу поперечного перерізу. У плитно-ребристих конструкціях при наявності тільки двох ребер коефіцієнт поперечної установки визначається способом важеля. На рис. 2.25 показана лінія впливу тиску на ребро дворебристої конструкції.
Рис. 2.25. Лінія впливу тиску на головну балку, що побудована на основі методу важеля
Для вузьких багаторебристих і багатокоробчастих пролітних будов при відношенні ширини мосту до прольоту коефіцієнт поперечної установки рекомендується визначати, використовуючи узагальнений спосіб позацентрового стиску, розроблений проф. М. Е. Гібшманом. Більш докладно про цей спосіб можна прочитати в [4].
Для пролітних будов із плит, з'єднаних шпонковим швом, що сприймає тільки поперечну силу, може бути рекомендований спосіб визначення коефіцієнта поперечної установки, придатний при будь-якому відношенні ширини мосту до прольоту і будь-якій статичній схемі пролітної будови, наведений також в [4].
Лінії впливу тиску на балки бездіафрагмових пролітних будов і діафрагмових при рекомендується будувати як лінії впливу реакцій балки на пружних опорах. Балкою є плита проїзної частини, а пружними опорами – самі збірні балки або, при монолітних конструкціях, ребра зі спільно працюючими з ними плитами проїзної частини. Лінії впливу реакцій будують за допомогою таблиць Осипова або графіків (див. дод.3 [3]).
Ми розглянули способи наближеного просторового розрахунку, що базується на розчленовуванні пролітної будови на окремі лінійні елементи і врахуванні просторової роботи їх за допомогою коефіцієнта поперечної установки. Уточнений просторовий розрахунок, як вказувалося вище, базується на розгляді всієї пролітної будови як єдиної просторової системи і виконується, як правило, на ЕОМ за допомогою наявних програм розрахунку. Ці програми можна розділити на дві категорії: спеціалізовані для розрахунку мостів; універсальні, що дозволяють розраховувати будь-які конструкції.
Спеціалізовані програми характерні тим, що вони реалізують одну певну модель, характер якої розраховувач не може змінити. Він повинен оцінити, якою мірою ця модель апроксимує його конструкцію, і задовольнитися тією точністю, що вона забезпечує. Спеціалізовані програми відрізняються порівняно невеликим обсягом вихідної інформації, що представляється в традиційній, звичній формі. Результати розрахунку відрізняються компактністю, наочністю й легко піддаються аналізу.
Універсальні програми (обчислювальні комплекси) дозволяють розраховувати будь-яку пролітну будову по тій моделі, що для даного випадку є найбільш прийнятною. За допомогою універсальної програми може бути досліджений напружено деформований стан конструкції на всьому діапазоні навантаження, у пружній і пружній-пластичній стадіях. Такою програмою є, наприклад, універсальний обчислювальний комплекс „ЛІРА”.
2.9.3. Визначення зусиль в опорах мостів
Проміжні опори мостів розраховуються на сили, що діють уздовж і поперек мосту. При цьому зусилля не підсумуються, а розглядається роздільний їхній вплив.
При розрахунку проміжних опор балкових мостів враховуються наступні види силових впливів (рис. 2.26): власна вага опори , опорні тиски від ваги пролітних будов і мостового полотна і , опорні тиски від тимчасового рухомого навантаження і , сили гальмування і , вітрові навантаження , тиск льоду (відповідають рівню низького льодоходу, – високого), навантаження від навалу суден , поперечні удари рухомого навантаження і в мостах на горизонтальних кривих — відцентрова сила. Постійні навантаження обчислюються по попередньо призначених розмірах і щільності матеріалів. Пролітні будови, як правило, проектуються раніше, ніж опори, тому опорні тиски від ваги пролітної будови і тимчасового навантаження бувають уже відомими.
Рис. 2.26. Схема прикладання навантажень до проміжної опори мосту
Устої розраховуються тільки на навантаження, що діють у напрямку уздовж мосту. При розрахунку устоїв (рис. 2.27) до навантажень, що враховується при розрахунку проміжних опор, додаються: вертикальний тиск від ваги ґрунту на обрізах і похилих площинах устоїв, горизонтальний тиск ґрунту від власної ваги насипу і тимчасового навантаження на призмі обвалення Е. При обсипних устоях вважають, що тиск льоду сприймається конусом і на устій не передається. Якщо проектом передбачені заходи, що запобігають можливість розмиву конуса, допускається враховувати пасивний відпір ґрунту з боку конуса. Навал суден, як правило, на устій неможливий.
Рис. 2.27. Схеми до визначення зусиль в устоях: а – схема прикладання навантажень; б – епюри тиску ґрунту від його власної ваги і тимчасового навантаження на призмі руйнування
Всі основні навантаження, що діють безпосередньо на опори мосту, або передаються через пролітні будови, наведені в параграфі 2.9.1. Крім цього, при відповідних умовах у розрахунках опор повинні враховуватися гідростатичний тиск води, сили тертя в опорних частинах, а в статично невизначених системах – просідання устою, вплив морозного випучування ґрунту та температурні кліматичні впливи. У мостах розпірних систем на опори передається розпір пролітної будови від постійних і тимчасових навантажень на ньому.
Гідростатичний тиск враховується шляхом зменшення тиску від власної ваги частин споруди, розташованих нижче рівня води. Однак при розрахунках зручніше приймати його у вигляді активної сили, що діє вгору і змінюється залежно від розрахункового рівня води (УМВ або УВВ):
(2.9)
де — об’єм частини споруди, що перебуває у воді; — питома вага води.
Питома вага ґрунту з урахуванням гідростатичного зволоження
, (2.10)
тут – коефіцієнт пористості; – питома вага ґрунту.
Вага ґрунту визначається залежно від нашарувань ґрунтів і положення підошви фундаменту. Рівень води (УВ) приймають найвищий або щонайнижчий, невигідний для розглянутого розрахункового випадку.
При визначенні зусиль в опорах поздовжнє навантаження від гальмування або сили тяги переноситься у рівень проїзної частини при розрахунку устоїв і у рівень опорних частин при розрахунку проміжних опор. При цьому дозволяється не враховувати додатковий вертикальний тиск або момент, пов'язані із цим переносом. Поздовжнє зусилля від гальмування передається на нерухомі опорні частини, а через них на опори в розмірі 100 % від повного поздовжнього зусилля, що діє на пролітну будову. У зв'язку з можливим в експлуатації заклинюванням рухливих опорних частин і наявністю інших, не врахованих прямим шляхом впливів, умовно вважають, що ковзними опорними частинами на опору буде передаватися 50 %, а катковими, валковими або секторними – 25 % усього поздовжнього зусилля.
При постановці на опорі двох різнойменних опорних частин (рухомої і нерухомої) зусилля від рухомих опорних частин не враховується, крім випадку розташування в розрізних пролітних будовах нерухомих опорних частин з боку меншого прольоту. Зусилля на таку опору приймається рівним сумі поздовжніх зусиль, переданих через опорні частини обох прольотів, але не більше зусилля, переданого з боку більшого прольоту при нерухомому його обпиранні.
У нерозрізних пролітних будовах при відповідному обґрунтуванні дозволяється зусилля, що передається на опору від нерухомих опорних частин, зменшувати на значення сил тертя в рухливих опорних частинах при мінімальних коефіцієнтах тертя, приймаючи це зусилля не менш отриманого при розподілі повного поздовжнього зусилля між всіма опорами пропорційно їх жорсткостям. При обпиранні пролітних будов на опори через нерухомі або пружно податливі гумові опорні частини поздовжнє навантаження між опорами розподіляється з урахуванням жорсткості опор і гумових опорних частин.
Нормативний опір від тертя в рухомих опорних частинах враховується у вигляді горизонтального реактивного зусилля
, (2.11)
де – нормативне значення коефіцієнта тертя в опорних частинах, отримане як середнє з можливих екстремальних значень; — вертикальна складова опорної реакції від дії розглянутих навантажень із коефіцієнтом надійності .
Реактивне поздовжнє зусилля, що виникає в гумових опорних частинах внаслідок опору їхньому зрушенню, обчислюється за формулою
(2.12)
де — площа гумових шарів; — модуль зсуву гуми; — переміщення в опорних частинах; — сумарна товщина шарів гуми. Розрахункові реактивні поздовжні зусилля встановлюють при перевірці на міцність за значеннями і , при перевірці залізобетонних конструкцій на тріщиностійкість за значенням модуля
(2.13)
Опори, на яких установлені рухомі і нерухомі опорні частини повинні бути перевірені на дію розрахункових сил тертя, що виникають внаслідок температурних переміщень від постійних навантажень, з врахуванням і при розрахунках міцності і при розрахунках тріщиностійкості. Зусилля тертя при дії постійних і тимчасових (без динаміки) навантажень слід враховувати при розрахунку конструкцій опорних частин і прилягаючих до них частин опори та пролітної будови, а також при розрахунку опор на скельній основі.
З урахуванням можливості заклинювання опорних частин в експлуатаційних умовах при розрахунку опор однопролітних балкових мостів з ковзними плоскими й тангенціальними опорними частинами, а також устоїв багатопролітних розрізних балкових мостів приймається гальмова сила або сила тертя в опорних частинах від власної ваги пролітної будови при його температурних деформаціях, залежно від того, яка з них приймає більше значення. Для проміжних опор багатопролітних розрізних мостів при рівних прольотах сила тертя (температурна) не враховується, при нерівних прольотах враховується різниця сил тертя.
Сили морозного спучення приймаються за СНиП по проектуванню основ і фундаментів, а просідання основи — з розрахунку фундаменту за деформаціями. Розрахункові значення навантажень при виконанні конкретних розрахунків повинні прийматися з урахуванням коефіцієнтів, наведених у параграфі 2.9.1. При цьому для масивних опор і частин опор, що перебувають у ґрунті, динамічний вплив навантаження не враховується.
Навантаження й впливи вводяться в розрахунок опор у найбільш невигідних сполученнях. При складанні сполучень варто мати на увазі, що спільна дія ряду навантажень неможлива (див. табл. 2.1), а одночасне досягнення всіма навантаженнями сполучення максимальних значень малоймовірно. Тому їх комбінують із урахуванням коефіцієнтів сполучень (див. параграф 2.9.1). При розрахунку опор розглядається кілька сполучень. Сполучення навантажень підбираються так, щоб можна було одержати в розрахунковому перерізі опори максимальні зусилля: нормальні сили, горизонтальні сили, згинальні моменти.
Іноді більш небезпечним може виявитися сполучення навантажень, при якому, хоча й жодне із зусиль не досягає максимуму, однак всі вони (або частина їх) досить великі. При розрахунках стійкості положення проти перекидання і зрушення та у розрахунках міцності позацентрово стиснутих опор можуть виявитися більше небезпечними сполучення, що викликають мінімальну нормальну силу.
Для розрахунку зусиль у перерізах опор і фундаментів сполучення, що включають у себе горизонтальні навантаження, спрямовані поперек і уздовж осі мосту, розглядають окремо (навантаження, що діють уздовж і поперек мосту не підсумують).
Варто мати на увазі, що якщо всі навантаження і їхні плечі щодо центра ваги розрахункового перерізу визначені, то для більшості можливих сполучень легко встановити, чи можуть вони бути найбільш невигідними. Так, поперечні удари коліс варто вводити в розрахунок, якщо їхній момент більше, ніж сума моментів від вітру і відцентрової сили. Сполучення з навантаженням від навалу суден розглядають, якщо момент від цього навантаження більше моменту від тиску льоду на опору.
Якщо не очевидно, яке з можливих сполучень навантажень є самим невигідним для опори, зусилля, що виникають у її перерізах і елементах варто визначати від декількох сполучень навантажень.
Характерні сполучення зусиль для розрахунку проміжних опор і устоїв мостів наведені в [3].
Від кожного розрахункового сполучення навантажень визначаються зусилля в розрахункових перерізах опор: поздовжня сила, рівна алгебраїчній сумі вертикальних навантажень, прикладених вище розрахункового перерізу, згинальний момент від вертикальних і горизонтальних сил щодо осі, що проходить через центр ваги розрахункового перерізу, і поперечна сила, рівна сумі проекцій всіх сил на горизонтальну вісь.
Як розрахункові розглядаються перерізи на обрізі фундаменту, у місцях зміни розмірів опори, на рівні обпирання ригеля.
Опори мостів розраховують на міцність і стійкість форми тіла опори, загальну стійкість положення проти перекидання й зрушення (за першою групою граничних станів), тріщиностійкість, поворот, крен, зсув верху (за другою групою граничних станів). Відповідні перевірки повинні бути виконані для фундаментів опор і їхніх основ.
2.10. Розрахунок і конструювання залізобетонних мостів
2.10.1. Матеріали для бетонних та залізобетонних конструкцій
Бетон. У конструкціях мостів застосовують конструкційний важкий бетон із середньою щільністю від 22 до 25 кН/м3 класів за міцністю на стиск В20, В22,5, В25, В27,5, В30, В35, В40, В45, В50, В55 і В60. Бетон класів В22,5 і В27,5 треба передбачати за умови, що це призводить до економії цементу та не знижує інших техніко-економічних показників конструкції.
Залежно від виду мостових конструкцій, їхнього армування і умов роботи при проектуванні приймають відповідний клас бетону В (табл.2.2).
Для замонолічування напружуваної арматури, розташовуваної у відкритих каналах, треба передбачати бетон класу по міцності на стиск не нижче В30.
Арматурні канали у попередньо напружених конструкціях заповнюють цементнопіщаним бетоном класу не нижче В30.
Для замонолічування стиків збірних конструкцій треба застосовувати бетон класу за міцністю на стискання не нижче прийнятого для елементів, що стикуються.
Марки бетону і розчину за морозостійкістю F залежно від кліматичних умов зони будівництва, розташування і виду конструкцій треба приймати за табл.22 [1]. Для території України, як правило, приймають марку F100 для масивних бетонних конструкцій, F200 – для залізобетонних і тонкостінних та F300 – для блоків облицювання. Марки за морозостійкістю бетону тіла опор і блоків облицювання для мостів, розташованих поблизу гребель гідростанцій і водоймищ, повинні встановлюватися в кожному окремому випадку на основі аналізу конкретних умов експлуатації та вимог, що ставляться у цих випадках до бетону річкових гідротехнічних споруд.
У підводних і підземних спорудах, що не піддається електричній і хімічній корозії, треба застосовувати бетон з маркою за водонепроникністю W4. Інші елементи та частини конструкцій, у тому числі бетоновані стики і захисний шар одягу їздового полотна, повинні проектуватися з бетону, що має марку за водонепроникністю не нижче W6.
Таблиця 2.2
|
Види конструкцій, армування та умови роботи |
Бетон класу за міцністю на стискання, не нижче |
|
1. Бетонні |
В20 |
|
2. Залізобетонні з напружуваною арматурою при розташуванні: а) у зоні змінного рівня води б) у надземних частинах споруди в) у підземних частинах споруди, а також у внутрішніх порожнинах збірномонолітних опор |
В25 В22,5 В20 |
|
3. Попередньо напружені залізобетонні: а) без анкерів: при стержньовій арматурі класів: А-IV, Ат-IV А-V, Ат-V Ат-VI при дротовій арматурі з одиночних дротів класу Вр з одиночних арматурних канатів класу К-7 б) з анкерами: при дротовій арматурі: класу В-ІІ (при зовнішніх або внутрішніх анкерах) з одиночних арматурних канатів класу К-7 з пучків канатів класу К-7 при сталевих канатах |
В25 В30 В35 В35 В35 В25 В25 В35 В35 |
|
4. Блоки облицювання опор на ріках з льодоходом при розташуванні мостів у районах із середньою температурою зовнішнього повітря найбільш холодної п'ятиденки, °С: мінус 40 і вище нижче мінус 40 |
В35 В45 |
Розрахункові опори бетону для розрахунку конструкцій за граничними станами першої і другої груп при стисканні і розтяганні а також значення модулів пружності бетону за умов тужавлення бетону конструкцій у природних умовах наведені в табл.2.3. У цій таблиці прийнять такі позначення: Rb, Rb,ser – стиск осьовий (призмова міцність); Rbt , Rbt,ser – розтяг осьовий; Rb,sh – сколювання при згині; Rb,mc1 – стиск осьовий (призмова міцність) для розрахунків на появу в конструкціях поздовжніх тріщин при попередньому напружуванні і монтажі; Rb,mc2 – те саме, на стадії експлуатації; Eb – модуль пружності.
Таблиця 2.3.
|
Розрахунковий опір, МПа, бетону класів за міцністю на стискання |
|||||||||
|
Вид опору |
В20 |
В22,5 |
В25 |
В27,5 |
В30 |
В35 |
В40 |
В45 |
В50 |
|
Для граничних станів першої групи |
|||||||||
|
Rb |
10,5 |
11,75 |
13,0 |
14,3 |
15,5 |
17,5 |
20,0 |
22,0 |
25,0 |
|
Rbt |
0,85 |
0,90 |
0,95 |
1,05 |
1,10 |
1,20 |
1,25 |
1,30 |
1,40 |
|
Для граничних станів другої групи |
|||||||||
|
Rb,ser |
15,0 |
16,8 |
18,5 |
20,5 |
22,0 |
25,5 |
29,0 |
32,0 |
36,0 |
|
Rbt,ser |
1,40 |
1,50 |
1,60 |
1,70 |
1,80 |
1,95 |
2,10 |
2,20 |
2,30 |
|
Rb,sh |
1,95 |
2,30 |
2,50 |
2,75 |
2,90 |
3,25 |
3,60 |
3,80 |
4,15 |
|
Rb,mc1 |
– |
– |
13,7 |
15,2 |
16,7 |
19,6 |
23,0 |
26,0 |
29,9 |
|
Rb,mc2 |
8,8 |
10,3 |
11,8 |
13,2 |
14,6 |
16,7 |
19,6 |
22,0 |
25,0 |
|
Модуль пружності, МПа, бетону класів за міцністю на стискання |
|||||||||
|
Eb∙10-3 |
27,0 |
28,5 |
30,0 |
31,5 |
32,5 |
34,5 |
36,0 |
37,5 |
39,0 |
Розрахункові опори бетону в розрахунках треба приймати з коефіцієнтами умов роботи. Ці коефіцієнти враховують умови зведення, технологічні та природні фактори, які впливають на міцність бетону. Значення цих коефіцієнтів наведені в табл. 24 [1]. Значення модуля пружності бетону слід зменшувати: на 10% – для бетону, підданого тепловологісній обробці, а також для бетону, що працює в умовах поперемінного заморожування і відтавання. Для кладки з бетонних блоків значення модуля пружності Е призначають залежно від класу бетону: В20–В35 – 0,5Eb; В40 і вище – 0,6 Eb.
Модуль зсуву бетону приймають рівним 0,4 Eb, а коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона) – .
Арматура. Марки сталі для арматури залізобетонних мостів, що встановлюється за розрахунком, залежно від умов роботи елементів конструкцій і середньої температури зовнішнього повітря найбільш холодної п’ятиденки в районі будівництва треба приймати по табл.29[1].
Оскільки залізобетонні конструкції мостів мають великі прольоти і сприймають значні навантаження, то їх , як правило, проектують попередньо напруженими. Як попередньо напружену використовують арматуру: стержньову періодичного профілю класів А-ІV, А-V, A-VI, гарячекатану, зміцнену легуючими добавками і термічно зміцнену; дротову класів В-ІІ (гладку) та Вр-ІІ (періодичного профілю) холоднотягнуту; арматурні канати К-7 і сталеві канати зі спіральним або подвійним навиванням і відкриті.
Як ненапружувану, що встановлюється за розрахунком на дію згинального моменту, використовують арматуру класу А-ІІІ. Для хомутів і відігнутих стержнів можна окрім арматури А-ІІІ при відповідному обґрунтуванні використовувати арматуру А-ІІ та А-І.
Арматурну сталь класу А-II марки Ст5пс допускається застосовувати в пролітних будовах (крім хомутів) і в опорах мостів, якщо діаметр її стержнів, мм, не більше: 20 – для елементів, що не розраховуються на витривалість; 18 – те саме, що розраховуються на витривалість. Зазначену арматурну сталь при діаметрах 22 мм і більше треба застосовувати тільки у фундаментах і частинах опор, розташованих нижче половини глибини промерзання ґрунту.
Зварювання стиків стержньової термічно зміцненої арматурної сталі, високоміцного арматурного дроту, арматурних канатів класу К7 і сталевих канатів подвійних і закритих не допускається. До стержньової попередньо напруженої арматури, що перебуває в межах тіла бетону конструкції, забороняється приварювати закладні деталі.
Для монтажних (піднімальних) петель треба застосовувати арматурну сталь класу А-I марки Ст3сп. Якщо проектом передбачений монтаж конструкції при середньодобових температурах зовнішнього повітря не нижче мінус 40 °С, то для монтажних петель допускається застосовувати арматурну сталь класу А-I зі сталі марки Ст3пс.
Як конструктивну арматуру при всіх умовах допускається застосування арматурної сталі класів А-I і А-II марок, зазначених у табл.29[1], а також арматурного дроту періодичного профілю класу Вр-І.
Для закладних виробів, деформаційних швів і інших розрахункових елементів треба застосовувати сталевий прокат за ДСТ 6713-91: при розрахунковій температурі мінус 40 °С и вище – марки 16Д; при розрахунковій температурі нижче мінус 40 °С – марок 15ХСНД і 10ХСНД. При середній температурі зовнішнього повітря найбільш холодної п’ятиденки в районі будівництва не нижче мінус 30 °С і динамічному коефіцієнті не більше 1,1 допускається також застосування прокату товщиною 4-24 мм зі сталі марки Ст3пс за ДСТ 535-88.
Для закладних виробів, що не розраховуються на силові впливи, допускається використовувати прокат зі сталі марки Ст3кп із товщиною 4 - 30 мм.
Нормативні й розрахункові опори розтяганню арматурних сталей, застосування яких допускається в залізобетонних конструкціях автодорожніх і міських мостів, наведені в табл.2.4.
Таблиця 2.4.
|
Клас арматурної сталі |
Діаметр, мм |
Нормативний опір на розтягання і розрахунковий опір на розтягання при розрахунку за граничними станами другої групи , МПа |
Розрахунковий опір на розтягання при розрахунку за граничними станами першої групи, а також поперечної арматури (хомутів, відігнутих стержнів) при перевірці похилих перерізів на дію згинального моменту , МПа |
|
Стержньова |
|||
|
А-І |
6-40 |
235 |
210 |
|
А-ІІ, Ас-ІІ |
10-40 |
295 |
265 |
|
А-ІІІ |
6 і 8 |
390 |
340 |
|
10-40 |
390 |
350 |
|
|
A-IV, Aт-ІV |
10-32 |
590 |
465 |
|
A-V |
10-32 |
785 |
600 |
|
Aт-V |
10-14 |
785 |
645 |
|
16-28 |
785 |
600 |
|
|
Aт-VI |
10-14 |
980 |
775 |
|
16 |
980 |
745 |
|
|
Дротова і канатна |
|||
|
Гладка В-ІІ |
3 |
1490 |
1180 |
|
4 |
1410 |
1120 |
|
|
5 |
1335 |
1055 |
|
|
6 |
1255 |
995 |
|
|
7 |
1175 |
930 |
|
|
8 |
1100 |
865 |
|
|
Періодичного профілю Вр-ІІ |
3 |
1460 |
1155 |
|
4 |
1375 |
1090 |
|
|
5 |
1255 |
995 |
|
|
6 |
1175 |
930 |
|
|
7 |
1100 |
870 |
|
|
8 |
1020 |
810 |
|
|
Арматурні канати К-7 |
9 |
1375 |
1090 |
|
12 |
1335 |
1055 |
|
|
15 |
1295 |
1025 |
Розрахункові опори на стискання ненапружуваної арматурної сталі А-І, А-ІІ, Ас-ІІ та А-ІІІ приймають рівними опору цієї арматури на розтягання.
Найбільші стискувальні напруження в напружуваній арматурі, що розташована в стиснутій зоні перерізу елемента, які використовують при розрахунку конструкцій за граничними станами першої групи, приймають не більше 500 МПа.
Вказані в табл. 2.4 розрахункові опори арматури вводять в розрахунок з відповідними коефіцієнтами умов роботи, які наведені в п.п. 3.39...3.45 [1].
Наприклад, при розрахунку поперечної арматури (хомутів і відігнутих стержнів) в похилих перерізах на дію поперечної сили розрахункові опори арматури, вказані в табл. 2.4, треба множити на коефіцієнт умов роботи арматури: – для стержньової арматури і – для арматури з високоміцного дроту, арматурних канатів класу К-7 і сталевих канатів.
Якщо в зварних каркасах діаметр хомутів з арматурної сталі класу А-ІІІ менший 1/3 діаметра поздовжніх стержнів, то при розрахунку на поперечну силу напруження в хомутах обмежуються і не повинні перевищувати: 245МПа – при діаметрі хомутів 6 і 8 мм; 255МПа – при діаметрі хомутів 10 мм і більше.
Значення модуля пружності арматури наведені в табл. 2.5.
Таблиця 2.5.
|
Клас (вид) арматурної сталі |
Модуль пружності, МПа, арматури |
|
|
Ненапружуваної, Es |
Напружуваної, EP |
|
|
А-І, А-ІІ, Ас-ІІ |
2,1∙105 |
– |
|
А-ІІІ |
2∙105 |
– |
|
A-IV |
– |
2∙105 |
|
Aт-IV, A-V |
– |
1,9∙105 |
|
Aт-V, Aт-VI |
– |
1,9∙105 |
|
В-ІІ, Вр-ІІ |
– |
2∙105 |
|
К-7 |
– |
1,8∙105 |
|
Пучки з арматурних канатів к-7 |
– |
1,7∙105 |
|
Сталеві канати спіральні |
– |
1,7∙105 |
|
Сталеві канати закриті |
– |
1,6∙105 |
2.10.2. Розрахунок перерізів залізобетонних елементів мосту, що працюють на згинання, за граничними станами першої групи
2.10.2.1. Основні розрахункові вимоги
Конструкції автомобільно-дорожніх мостів розраховуються за першою групою граничних станів на міцність нормальних і похилих перерізів елементів, стійкість форми та положення (перекидання, ковзання, спливання) і на спільний вплив силових факторів і несприятливих впливів зовнішнього середовища (заморожування та відтавання, вплив агресивного середовища). Розрахунки виконуються на вплив зусиль від розрахункових навантажень для стадій транспортування, зведення і експлуатації. Міцність перерізів визначають за розрахунковими опорами матеріалів. Необхідні для розрахунків значення розрахункових опорів бетонів і арматури різних класів наведені вище та в іншій довідковій літературі [1,7
Конструктивні елементи мосту, як правило, проектуються попередньо напруженими. Важливим моментом в проектуванні попередньо-напружених ЗБК є вибір величини попереднього напружування арматури.
При механічному способі натягування стержньової та дротяної арматури попереднє напруження слід призначити в межах
.
При електротермічному та електромеханічному способі натягування
,
де р – допустиме відхилення попереднього напруження, МПа.
У цьому випадку враховується істотний вплив довжини натягування стержня l, м, на величину р, яку обчислюють за формулою р=30+360/l. Попереднє напруження в арматурі вводять в розрахунок з коефіцієнтом точності натягу .
Знак “плюс” приймають у разі несприятливого впливу напруження арматури на роботу конструкції, знак “мінус” – якщо вплив сприятливий.
При механічному способі натягування коефіцієнт приймають рівним 0,1, а при електротермічному та електротермомеханічному обчислюють за формулою
де np – число стержнів напружуваної арматури в перерізі елемента.
Максимальне значення sp () обмежується умовами наведеними вище у зв’язку з небезпекою обриву арматури від натягування і можливістю розвитку в ній неприпустимих пластичних деформацій.
Мінімальне значення приймають, виходячи з умов обмеження ширини розкриття тріщин і можливих втрат попереднього напруження.
Міцність бетону в момент його обтискування R0, яку називають передавальною міцністю, зазвичай приймають не менш як 50% міцності взятого класу бетону і не менш як 11...15 МПа. Мінімальні класи бетонів залежно від класу і діаметра арматури наведено в нормах та в п. 2.10.1.1.
Якщо напруження від обтискування бетону під дією зовнішнього навантаження знижуються або залишаються без змін, то зусилля обтискування обмежують значенням (0,6...0,95)Rb. Це має місце в розтягнутій зоні конструкцій, що згинаються.
Із збільшенням напруження від обтискування бетону в результаті дії зовнішнього навантаження зусилля обтискування обмежуються значенням (0,15...0,7)Rbp. Такий характер зміни напружень спостерігається у стиснутій зоні конструкцій, що згинаються, і в позацентрово стиснутих конструкціях.
При позацентровому обтискуванні конструкцій в бетоні допускаються напруження вищі, ніж при центральному обтискуванні. В разі натягування арматури на бетон деформації пружного обтискування бетону проявляються в процесі натягування, а тому ступінь обтискування приймають нижчим, ніж у випадку натягування арматури на упори.
У розрахунках на міцність попередньо напружених конструкцій встановлена в розтягнутій і стиснутій зонах попередньо напружена арматура вводиться в розрахунок з урахуванням сумарних втрат попереднього напруження.
Напруження в елементах попередньо напружених конструкцій треба визначати по контрольованому зусиллю за винятком: перших втрат – на стадії обтиснення бетону; перших і других втрат - на стадії експлуатації.
До перших втрат треба відносити:
а) у конструкціях з натягом арматури на упори – втрати внаслідок деформації анкерів, тертя арматури об обгинальні пристосування, релаксації напружень в арматурі (у розмірі 50% повних), температурного перепаду, швидконапливаючої повзучості, а також від деформації форм (при натягу арматури на форми);
б) у конструкціях з натягом арматури на бетон – втрати внаслідок деформації анкерів, тертя арматури об стінки закритих і відкритих каналів, релаксації напружень в арматурі (у розмірі 50% повних).
До других втрат треба відносити:
а) у конструкціях з натягом арматури на упори – втрати внаслідок усадки і повзучості бетону, релаксації напружень в арматурі (у розмірі 50% повних);
б) у конструкціях з натягом арматури на бетон – втрати внаслідок усадки і повзучості бетону, релаксації напружень в арматурі (у розмірі 50% повних), зминання під витками спіральної або кільцевої арматур, що навивається на бетон, деформації стиків між блоками в складових по довжині конструкції.
Значення окремих з перерахованих втрат треба визначати по обов’язковому додатку 11 [1].
Допускається приймати, що другі втрати від релаксації напружень в арматурах (у розмірі 50% повних) відбуваються рівномірно й повністю завершуються протягом одного місяця після обтиснення бетону.
При проектуванні сумарне значення перших і других втрат не повинне прийматися менш 100 Мпа.
2.10.2.2. Розрахунок на міцність нормальних перерізів на дію згинального моменту
Такі розрахунки виконують на стадіях: експлуатації, транспортування і монтажу. Розрахунок носить перевірочний характер. Задаються параметри перерізу (опалубні розміри, армування, рівень попереднього напруження з урахуванням його втрат для кожної розглядуваної стадії). Визначається граничний момент , що витримує переріз, і порівнюється з розрахунковим моментом , тобто з найбільшим моментом, отриманим при розрахунку зусиль, що виникають від всіх видів розрахункових навантажень і впливів. Має задовольнятися умова
(2.14)
Площу попередньо напруженої арматури рекомендується орієнтовно визначати за формулою
, (2.15)
де М — розрахунковий згинальний момент; — розрахунковий
опір даного класу попередньо напруженої арматури; — відстань від верхньої грані балки до центра ваги площі перерізу розтягнутих арматур (приймається орієнтовно рівною ; – повна висота перерізу); висота стиснутої полиці двотаврового перерізу або зведеного до нього; 1,1 – орієнтовний поправочний коефіцієнт, що враховує можливість наявності арматури в стиснутій зоні й можливість розташування нейтральної осі в межах ребра.
Площі й розташування стиснутої напруженої і ненапруженої арматур, а також розтягнутої ненапруженої арматури призначаються на основі конструктивних міркувань.
Граничний момент визначають з рівняння моментів відносно центра розтягнутої арматури (рис. 2.27):
(2.16)
В рівнянні (2.16) – попередні напруження в арматурі з врахуванням втрат, що відповідають розглядуваній стадії і з коефіцієнтом надійності щодо навантаження ; МПа; якщо , то приймається .
Висота стиснутої зони визначається з рівняння проекцій на поздовжню вісь елемента
. (2.17)
Залежно від значення визначають розрахунковий випадок (перший чи другий). Для цього спочатку обчислюють напруження , що виникають в розтягнутій арматурі від зовнішнього навантаження (без врахування попереднього напружування):
, (2.18)
де та – нормативні опори бетону і ненапружуваної арматури.
Рис. 2.27. Напружений стан у нормальному перерізі попередньо напруженого залізобетонного елемента, що працює на згинання
Якщо виявиться, що для напружуваної стержньової арматури , для напружуваної дротової арматури і для ненапружуваної арматури , то має місце перший випадок згину (міцність елемента характеризується досягненням розтягнутою арматурою її розрахункового опору). Тут – попереднє напруження в арматурі з врахуванням усіх втрат. У цьому випадку в рівняння (2.17) підставляють
. (2.19)
Якщо при цьому значення виходить більшим за , то треба прийняти .
Якщо виявиться, що для напружуваної стержньової арматури , для напружуваної дротової арматури і для ненапружуваної арматури , то має місце другий випадок згину (міцність елемента характеризується досягненням бетону стиснутої зони його розрахункового опору). У цьому випадку в рівняння (2.17) підставляють
, (2.20)
тут – для ненапружуваної арматури; – для напружуваної стержньової арматури; – для напружуваної дротової арматури.
Якщо при обчисленнях за формулою (2.18) виявиться, що для ненапружуваної арматури , а для напружуваної (для дротової арматури ), то у вираз (2.17) підставляють
. (2.21)
При , а також при у всі формули замість підставляють .
Якщо з урахуванням стиснутої арматури висота стиснутої зони , то розрахунок виконують з урахуванням усієї площі ; якщо з урахуванням стиснутої арматури , а без її урахування , то граничний згинальний момент визначають за формулою
; (2.22)
якщо без врахування стиснутої арматури , то розрахунок виконують як для елементів з одиничною арматурою.
2.10.2.3. Розрахунок на міцність похилих перерізів на дію поперечної сили
При розрахунку міцності похилих перерізів елементів, що згинаються, на дію поперечної сили насамперед треба перевірити умову
. (2.23)
При цьому значення для бетонів класів вище В35 треба приймати як для бетону класу В35.
Рис. 2.28. Напружений стан у похилому перерізі попередньо напруженого згинального елемента
Далі, якщо , то перевіряється умова (рис. 2.28):
, (2.24)
де — поперечна сила, що діє посередині довжини похилого перерізу; — сума проекцій зусиль у відгинах напружуваної арматури, що пересікаються похилим перерізом, на вісь, перпендикулярну до поздовжньої осі стержня; – сума проекцій зусиль у ненапружених хомутах, що пересікаються похилим перерізом; – те саме, у попередньо напружених хомутах, (якщо вони є); — поперечна сила, що сприймається бетоном стиснутої зони над кінцем похилого перерізу
(2.25)
де — довжина проекції найбільш невигідного похилого перерізу на поздовжню вісь елемента, яку визначають шляхом спроб. Рекомендується робити спроби в наступному діапазоні значень кутів, утворених похилим перерізом з поздовжньою віссю елемента: при ненапружуваній арматурі – від 40° до 50°; при напружуваній – від 25° до 35°.
При розташуванні зосереджених вантажів поблизу опор довжину треба приймати рівною відстані від осі опори до вантажу. При наявності опорного потовщення довжину приймають рівною відстані від початку потовщення до вантажу, але не більшою за .
При розрахунку залізобетонних плит, що не мають поперечної арматури, вважають, що поперечна сила повністю передається на бетон. При цьому має виконуватися умова:
. (2.26)
Найбільш невигідний похилий переріз також визначається шляхом спроб відповідно до умови:
. (2.27)
Коефіцієнт приймається для суцільних плит рівним 1,5, а для пустотілих – 1,2. Для пустотілої плити – сума товщин ребер.
2.10.2.4. Розрахунок на міцність похилих перерізів на дію згинального моменту
Похилі перерізи, крім розрахунку на дію поперечної сили, розраховуються також на дію згинального моменту за умовою
, (2.28)
де М — згинальний момент у центрі стиснутої зони над кінцем похилої тріщини (рис. 2.28), – відповідно відстані від рівнодіючої в розтягнутій арматурі, від напружених хомутів, від відгинів і від ненапружених хомутів до центра стиснутої зони над кінцем похилої тріщини. На дію згинального моменту перевіряється найбільш невигідний по поперечній силі похилий переріз.
Необхідно відзначити, що в умову (2.28) площі перерізів арматурних відгинів і хомутів підставляються з розрахунковим опором та , а не та .
2.10.3. Розрахунок на міцність стиснутих і позацентрово стиснутих залізобетонних елементів
У загальному випадку стиснуті та позацентрово стиснуті залізобетонні елементи розраховуються на стійкість і на міцність. Методика розрахункових перевірок залежить від ексцентриситету.
Рис. 2.29. Напружений стан у нормальному перерізі попередньо напруженого позацентрово стиснутого залізобетонного елемента
Якщо ексцентриситет діючої сили N відносно нейтральної осі зведеного перерізу (рис. 2.29) (весь переріз стиснутий), де — радіус ядра перерізу, (тут –момент опору зведеного перерізу для грані, найбільш віддаленої від сили N; – площа зведеного перерізу), то граничне значення сили N визначається з розрахунку на стійкість:
при зчепленні всієї арматури з бетоном
; (2.29)
при відсутності зчеплення напружуваної арматури з бетоном
, (2.30)
де – повна площа бетонного перерізу; – відповідно повні площі ненапружуваної та напружуваної арматури; ; – відношення модулів пружності арматури і бетону; .
Таблиця 2.6.. Коефіцієнти поздовжнього згину
|
Гнучкість |
при |
||||||
|
0 |
0,25 |
0,5 |
1 |
||||
|
4 |
3,5 |
14 |
1/1 |
0,9/0,9 |
0,81/0,81 |
0,69/0,69 |
1 |
|
10 |
8,6 |
35 |
1/1 |
0,86/0,86 |
0,77/0,77 |
0,65/0,65 |
0,84 |
|
12 |
10,4 |
40 |
0,95/0,95 |
0,83/0,83 |
0,74/0,74 |
0,62/0,62 |
0,79 |
|
14 |
12,1 |
48,5 |
0,9/0,85 |
0,79/0,74 |
0,7/0,65 |
0,58/0,53 |
0,7 |
|
16 |
13,8 |
55 |
0,86/0,78 |
0,75/0,67 |
0,66/0,58 |
0,55/0,47 |
0,68 |
|
18 |
15,6 |
62,5 |
0,82/0,75 |
0,71/0,64 |
0,62/0,55 |
0,51/0,44 |
0,56 |
|
20 |
17,3 |
70 |
0,78/0,70 |
0,67/0,59 |
0,57/0,48 |
0,48/0,4 |
0,47 |
|
22 |
19,1 |
75 |
0,72/0,64 |
0,6/0,52 |
0,52/0,44 |
0,43/0,35 |
0,41 |
|
24 |
20,8 |
83 |
0,67/0,59 |
0,55/0,47 |
0,47/0,39 |
0,38/0,3 |
0,32 |
|
26 |
22,5 |
90 |
0,62/0,53 |
0,51/0,42 |
0,44/0,35 |
0,35/0,26 |
0,25 |
|
28 |
24,3 |
97 |
0,58/0,5 |
0,49/0,41 |
0,43/0,35 |
0,34/0,26 |
0,2 |
|
30 |
26 |
105 |
0,53/0,46 |
0,45/0,38 |
0,39/0,32 |
0,32/0,25 |
0,16 |
|
32 |
27,7 |
110 |
0,48/0,42 |
0,41/0,35 |
0,36/0,3 |
0,31/0,25 |
0,14 |
|
34 |
29 |
120 |
0,43/0,39 |
0,36/0,32 |
0,31/0,27 |
0,25/0,21 |
0,1 |
|
38 |
33 |
130 |
0,38/0,33 |
0,32/0,28 |
0,28/0,24 |
0,24/0,2 |
0,08 |
|
40 |
34,5 |
140 |
0,35/0,32 |
0,29/0,26 |
0,25/0,22 |
0,21/0,18 |
0,07 |
|
43 |
37,5 |
150 |
0,33/0,3 |
0,26/0,25 |
0,24/0,21 |
0,21/0,18 |
0,06 |
В табл. 2.6. значення коефіцієнтів у чисельниках відповідають зчепленню всіх арматур з бетоном, а в знаменниках – при відсутності зчеплення напружуваної арматури з бетоном.
Коефіцієнт поздовжнього згину визначається за формулою
, (2.31)
де і коефіцієнти поздовжнього згину відповідно при короткочасній і тривалій дії навантаження, які визначають за Табл. 2.6. залежно від найменшої гнучкості і відношення ; , ,N – розрахункові зусилля відповідно від тимчасового, постійного і повного навантаження, які визначають при розрахунку зусиль ().
Якщо ексцентриситет стискаючої сили , то граничне значення сили N для таврового перерізу з умови міцності
(2.32)
Тут розрахунковий ексцентриситет (з урахуванням впливу прогину) відносно центра ваги площі перерізу всіх розтягнутих арматур
, (2.33)
де – відстань від точки прикладання зовнішньої сили N до рівнодіючої зусиль у розтягнутих арматурах, .
Коефіцієнт , що враховує вплив додаткового ексцентриситету, від прогину елемента, визначається за формулою
, при . (2.34)
Тут – умовна критична сила, яку визначають за формулою
, (2.35)
де і – моменти інерції відповідно бетонного перерізу та площі арматури відносно центральної осі; – коефіцієнт, що враховує вплив тривалого завантаження на прогин,
, (2.36)
відповідно моменти, що виникають від постійного і тимчасового навантажень (від сил і ), які визначають відносно осі найбільш розтягнутого ряду стержнів, а при відсутності розтягання – відносно осі найменш стиснутого ряду; t – коефіцієнт, рівний , але не менший за ; – коефіцієнт, що враховує вплив попереднього напруження на жорсткість елемента,
, (2.37)
тут – напруження в бетоні, що встановилися після попереднього напруження елемента. При відсутності попереднього напруження .
Висоту стиснутої зони х рекомендується визначати з рівняння моментів відносно точки прикладання зовнішньої сили:
(2.38)
Залежно від значення напруження в арматурі, розташованій в розтягнутій або слабо стиснутій зоні перерізу при розрізняють два розрахункових випадки.
Значення , МПа, визначається за формулою
.
(2.39)
При треба приймати .
Перший розрахунковий випадок відповідає наступним умовам: для ненапруженої арматури ; для напружуваної стержньової арматури ; для напружуваної дротової арматури .
Тоді
. (2.40)
Другий розрахунковий випадок відповідає умовам: для ненапружуваної арматури , для напружуваної стержньової арматури ; для напружуваної дротової арматури .
Тоді
. (2.41)
Для ненапружуваної арматури , для напружуваної стержньової арматури ; для напружуваної дротової арматури.
Для першого і другого випадків позацентрового стиску треба робити перевірку стійкості із площини ексцентриситету за формулами (2.29) або (2.30).
Третій випадок – випадок малих і досить малих ексцентриситетів відповідає умові . Якщо при цьому , то висота стиснутої зони х визначається з рівняння (2.31) при . Значення х підставляється в рівняння (2.25), з якого й визначається несуча здатність N.
Крім того, необхідна перевірка на стійкість у двох площинах за формулами (2.29) або (2.30).
Якщо , то несуча здатність визначається з розрахунку на стійкість у двох площинах.
2.10.4. Конструктивні вимоги
Товщину стінок, плит, діафрагм і ребер у залізобетонних елементах треба приймати не менше величин, зазначених у табл.2.7.
Найменші діаметри ненапружуваної арматури приймають за даними табл. 2.8.
Товщина захисного шару бетону від його зовнішньої поверхні до поверхні арматурного елемента або каналу повинна бути не меншою від зазначеної в табл.2.9. Товщина захисного шару бетону на кінцях попередньо напружених елементів на довжині зони передачі зусиль повинна становити не менше двох діаметрів арматур.
Відстань у світлі між окремими арматурними елементами, а також стінками каналів повинна забезпечувати необхідне заповнення бетонною сумішшю всього об’єму конструкції. В попередньо напружених конструкціях ці відстані повинні призначатися з урахуванням особливості передачі зусиль із напружуваної арматури на бетон, розміщення анкерів, габаритів застосовуваного натяжного устаткування.
Відстань у світлі між окремими поздовжніми робочими стержнями ненапружуваної арматури і пучками арматури, що натягується на упори, повинна прийматися:
а) якщо стержні займають при бетонуванні горизонтальне або похиле положення, мм, не менше, при розташуванні арматур: 40 – в один ряд; 50 – у два ряди; 60 – у три ряди або більше;
б) якщо стержні займають при бетонуванні вертикальне положення – 50 мм.
При стиснутих умовах для розміщення арматур допускається розташовувати стержні ненапружуваної арматури групами (без зазору між стержнями) по два або по три стержня. Відстань по ширині у світлі між групами треба приймати, мм, не менше: 50 – при двох стержнях у групі; 60 – при трьох стержнях у групі.
При призначенні відстаней у світлі між арматурними елементами в попередньо напружених конструкціях слід дотримуватися вимог, зазначених в табл.2.10.
При змішаному армуванні мінімальна відстань між ненапружуваним арматурним стержнем і арматурним пучком або стінкою закритого каналу приймається не менше 30 мм.
Таблиця 2.7.
|
Елементи і їхні частини |
Найменша допустима товщина, мм |
|
Вертикальні або нахилені стінки балок: а) ребристих при відсутності в стінках арматурних пучків при наявності в стінках арматурних пучків б) коробчатих при відсутності в стінках арматурних пучків при наявності в стінках арматурних пучків |
100* 120* 120* 150 |
|
Плити: а) проїзної частини: між стінками (ребрами) при відсутності в стінках арматурних пучків між стінками (ребрами) при наявності в стінках арматурних пучків на кінцях консолей б) нижні в коробчатих балках: при відсутності в стінках арматурних пучків при наявності в стінках арматурних пучків в) тротуарні: монолітні збірні |
120 150 80 120 150 80 60 |
|
Пустотілі блоки плитних пролітних будов: а) з арматурою із стержнів, одиночних канатів класу К-7 і пучків з паралельних високоміцних дротів: стінки і верхні плити нижні плити б) струнобетонні: стінки і верхні плити нижні плити |
80 100 60 70 |
|
Діафрагми і ребра жорсткості пролітних будов |
100 |
|
Стінки блоків коробчатого і круглого перерізів пустотілих і збірномонолітних опор: в зоні змінного рівня води поза зоною змінного рівня води |
250 150 |
|
Стінки залізобетонних порожнинних паль та паль-оболонок при зовнішньому діаметрі, м: 0,4 від 0,6 до 0,8 від 1,0 до 3,0 |
80 100 120 |
*При використанні двох арматурних сіток найменша товщина стінок приймається рівною 150мм
Таблиця 2.8.
|
Вид арматури |
Найменший діаметр арматури, мм |
|
Розрахункова поздовжня (крім елементів вказаних нижче) |
12 |
|
Розрахункова проїзної частини (включаючи тротуари) автодорожніх мостів |
10 |
|
Конструктивна поздовжня і поперечна; хомути стінок балок і потовщень поясів на усій довжині, крім кінцевих ділянок балок |
8 |
|
Хомути на довжині кінцевих ділянок балок |
10 |
|
Конструктивна (розподільна) плит; хомути паль і паль-оболонок; хомути в пустотілих плитах |
6 |
Таблиця 2.9
|
Вид арматури і її розташування |
Найменша товщина захисного шару бетону, мм |
|
Ненапружувана робоча: в ребристих і плитних пролітних будовах, а також в плитах висотою 300мм і більше в плитах висотою менше 300мм в пустотілих палях-оболонках в зовнішніх блоках збірних опор біля зовнішніх поверхонь монолітних опор: а) в льодорізній частині опори б) в інших частинах опори в палях, колодязях і блоках збірних фундаментів в опорних плитах фундаментів з монолітного залізобетону а) при наявності бетонної підготовки б) при відсутності бетонної підготовки |
30 20 20 40 70 50 30 40 70 |
|
Ненапружувані хомути: в стінках (ребрах) балок в стояках опор: поза зоною змінного рівня води в зоні змінного рівня води |
20 20 30 |
|
Конструктивна поздовжня в стінках (ребрах) балок і плит |
15 |
|
Ненапружувана в плитах проїзної частини |
30 |
|
Напружувана в розтягнутій зоні перерізу: у вигляді пучків з високоміцного дроту і пучків із канатів К-7 з арматурної сталі класів A-IV, Aт-ІV з арматурної сталі A-V, A-Vт, A-VI |
40 40 50 |
|
Напружувані хомути в стінках (ребрах) |
30 |
Таблиця 2.10.
|
Відстані в світлі, що призначають при конструюванні |
Найменші допустимі відстані у світлі, мм |
|
В конструкціях з арматурою, що натягується на упори |
|
|
Між внутрішніми пучками з паралельних високоміцних дротів |
60 |
|
Між арматурними пучками і зовнішніми поверхнями їх внутрішніх анкерів |
40 |
|
Між зовнішніми поверхнями внутрішніх анкерів арматурних пучків |
30 |
|
Між окремими арматурними канатами класу К-7 при розташуванні канатів: в один ряд в два ряди і більше |
40 50 |
|
В конструкціях з арматурою, що натягується на бетон |
|
|
Між стінками круглих закритих каналів при діаметрі каналів, мм: 90 і менше більше 90 до 110 більше 110 |
60 80 розрахунок |
|
Між пучками з паралельних високоміцних дротів, пучками з арматурних канатів класу К-7, а також сталевими канатами при розташуванні їх в відкритих каналах: в один ряд в два ряди |
30 40 |
|
Між стінками каналів з одиночними стержнями, що напружуються електротермічним способом, при каналах: закритих відкритих |
100 130 |
Анкерування ненапружуваної арматури. Арматурні стержні періодичного профілю, а також стержні гладкого профілю у зварених сітках і каркасах допускається застосовувати без гаків на кінцях.
Розтягнуті робочі стержні арматур гладкого профілю, а також гладкі робочі стержні у в’язаних сітках і каркасах повинні мати на кінцях напівкруглі гаки із внутрішнім діаметром не менш 2,5 діаметра стержня і довжиною прямолінійної ділянки після відгину не менш трьох діаметрів стержня.
У розрізних балках і в плитних конструкціях товщиною більше 300 мм кінці розтягнутих стержнів при обриві їх по епюрі моментів треба, як правило, анкерувати у стиснутій зоні бетону (відгинати).
Кінці відігнутих стержнів мають мати у стиснутій зоні прямі ділянки, паралельні поздовжній арматурі. Довжина цих ділянок має становити не менше 10 діаметрів арматури, що відгинається.
Гладкі стержні, що відгинаються у стиснуту зону, треба закінчувати прямими гаками, що мають після загину прямі ділянки довжиною не менш трьох діаметрів арматури.
Початок відгинів поздовжніх розтягнутих стержнів арматури періодичного профілю в згинальних елементах, або обрив таких стержнів у позацентрово стиснутих елементах треба розташовувати за перерізом, у якому стержні враховуються з повним розрахунковим опором. Довжина заведення стержня за переріз (довжина зони анкерування ) для арматурних сталей класів А-II і Ас-II повинна становити не менше: – при класі бетону В30 і вище;– при класах бетону В20 – В27,5 (– діаметр стержня). Для арматурних сталей класу А-III довжину анкерування треба відповідно збільшувати на . При пучку стержнів визначається як діаметр умовного стержня із площею, рівною сумарній площі стержнів, що утворюють пучок.
У розрізних балках і на кінцевих ділянках нерозрізних балок розтягнуті стержні поздовжньої арматури, що заводяться за вісь опорної частини, повинні мати прямі ділянки довжиною не менш 8. Крім того, крайні стержні, що примикають до бічних поверхонь балки, повинні бути відігнуті в торці під кутом 90° і продовжені вгору до половини висоти балки.
Анкерування напружуваної арматури. При застосуванні в конструкціях арматури зі стержнів періодичного профілю діаметром до 36 мм, що натягуються на упори, влаштовувати анкери на кінцях стержнів не потрібно.
В елементах з арматурою, яку розраховують на витривалість, вся арматура (за винятком зазначеної вище) повинна мати внутрішні або зовнішні (кінцеві) анкери.
В елементах, що напружуються на упори, з арматурою, яку не розраховують на витривалість, допускається застосовувати без анкерів (внутрішніх та зовнішніх) окремі арматурні канати класу К-7 і окремі високоміцні дроти періодичного профілю.
Міцність анкерів, які застосовують в конструкціях з натягом на бетон, не повинна бути меншою міцності арматурних елементів, що закріплюються анкерами.
Зовнішні (кінцеві) анкери на торцевій поверхні балок треба розташовувати як можливо рівномірніше. При цьому необхідно передбачати установку на торці суцільних сталевих пластин, що перекривають бетон зони розташування анкерів. Крайові ділянки цих пластин треба анкерувати у бетоні. Товщину торцевих пластин вибирають за розрахунком залежно від зусиль натягу арматурних елементів і приймають не меншою: при зусиллі натягу 600кН –12мм; те саме 1200кН – 20мм; те саме 2800кН – 40мм; при проміжних значеннях зусиль – по лінійній інтерполяції.
В елементах з натягом арматур на бетон зону обетонування зовнішніх анкерів треба армувати поперечними сітками зі стержнів періодичного профілю діаметром не менш 10 мм із чарунками не більше 10х10 см. Відстань між сітками повинна бути не більше 10 см.
Поздовжнє армування елементів У зварних арматурних каркасах арматуру розташовують групами, не більше трьох стержнів у кожній групі. Стержні в групі поєднуються між собою зварними однобічними сполучними швами. Довжина сполучних швів між стержнями повинна бути не менш 4 діаметрів, а їхня товщина – не більше 4 мм.
Зазори між групами стержнів утворюються постановкою поздовжніх коротишів діаметром не менше 25 мм. Коротиші встановлюються перед відгинами, не більш ніж через 2,5 м по довжині, врозбіжку по відношенню один до одного. Вони приварюються до стержнів робочої арматури однобічними сполучними швами товщиною не більше 4 мм і довжиною не менш 2 діаметрів робочої арматури.
У розрізних балках і плитах треба доводити до опори не менше третини стержнів робочої арматури, установленої в середині прольоту. При цьому в балках необхідно доводити до опори не менше двох стержнів, у плитах – не менше трьох стержнів на 1 м ширини плити.
Розподільну арматуру треба встановлювати із кроком, що не перевищує 250мм.
У нерозрізних балках і ригелях багатопролітних рамних конструкцій частина верхньої та нижньої робочої арматури повинна бути безперервною по довжині або мати стики, що перекривають розриви армування.
Кількість безперервних арматурних елементів повинно становити: у конструкціях з ненапружуваною арматурою – не менше 20% нижньої та 15% верхньої робочих арматур; у конструкціях з напружуваною арматурою – не менше 10% нижньої та 5% верхньої робочих арматур, але не менш двох нижніх і двох верхніх арматурних елементів.
Крок (відстань між осями) робочих арматур плити в середині прольоту та над її опорами не повинен перевищувати 200мм.
Поперечне армування елементів. Стінки ненапружених балок для сприйняття поперечної сили армують похилими (відгинами) та вертикальними (хомутами) стержнями і поєднують останні з поздовжньою арматурою стінок у каркаси та сітки.
Похилі стержні треба розташовувати симетрично відносно поздовжньої осі елемента. Стержні, як правило, повинні мати відносно поздовжньої осі елемента кут нахилу, близький до 45° (не більше 60 ° і не менш 30°). При цьому на ділянці балки, де за розрахунком треба встановити відгини, будь-який переріз, перпендикулярний до поздовжньої осі балки, повинен пересікати не менше одного стержня відігнутої арматури. Необхідні за розрахунками балок додаткові похилі стержні повинні бути прикріплені до основної поздовжньої робочої арматури. Якщо стержні арматури виготовлені зі сталі класів А-I, A-II, Ac-II і A-III, то прикріплення додаткових похилих стержнів можна виконувати за допомогою зварювання. Похилі стержні у балках треба відгинати по дузі кола радіусом не менше 10 діаметрів арматури. Відгини поздовжньої арматури біля торців балки (за віссю опорної частини) допускається виконувати по дузі кола радіусом не менше трьох діаметрів арматури.
Поздовжню арматуру в стінках ненапружених балок треба встановлювати у межах третини висоти стінки від розтягнутої грані балки із кроком не більше 12 діаметрів, а у межах іншої частини висоти стінки – із кроком не більше 20 діаметрів прийнятої арматури. Діаметр цієї арматури приймають в межах 8-12мм.
Хомути в балках установлюються за розрахунком. У межах приопорних ділянок, довжиною рівною 1/4 прольоту, крок хомутів приймають не більше 150 мм. На середній ділянці балки, довжиною 1/2 прольоту, крок хомутів приймається не більше 200 мм.
Хомути в розрізних плитних пролітних будовах треба встановлювати із кроком не більше150мм – на ділянках, що примикають до опорних частин і мають довжину 1/4 прольоту і 250мм – на середній ділянці, що має довжину, рівну 1/2 прольоту.
У суцільних плитах проїзної частини автодорожніх мостів, що мають висоту 300мм і менше, хомути при відсутності стиснутої розрахункової арматури допускається не встановлювати.
Хомути в поясах ненапружених балок повинні охоплювати ширину пояса не більше 500мм і об’єднувати не більше п'яти розтягнутих і не більше трьох стиснутих стержнів поздовжньої арматури, розташованої в крайніх горизонтальних рядах.
Розширення поясів балок повинно бути армоване замкнутими хомутами з арматурних стержнів періодичного профілю, які повинні охоплювати весь зовнішній контур поясів.
Найбільший крок замкнутих хомутів або поперечних стержнів у зварних сітках поясів попередньо напружених балок, треба приймати не більше 200мм. Крок хомутів в поясах, що обтискуються, не повинен бути більше кроку хомутів у стінках балок.
У зоні розташування анкерів арматурних елементів, що напружуються, під опорними плитами треба встановлювати додаткову поперечну (непряму) арматуру у вигляді густо розташованих сіток або спіралей з розрахунку на місцеві напруження. Додаткову арматуру проектують зі стержнів періодичного профілю класу А-ІІ, Ас-ІІ та А-ІІІ діаметром не більше 14мм. Стержні поперечних сіток і витки спіралі повинні охоплювати всю робочу поздовжню арматуру елемента. Розміри чарунок поперечних сіток приймають не менше 50мм і не більше 1/4 меншої сторони елемента або 100мм. Крок поперечних сіток по довжині елемента треба призначати не більше 60мм і не більше 1/3 меншої сторони перерізу елемента або 100мм.
Поздовжню робочу арматуру і хомути в стиснутих елементах конструкцій треба об’єднувати в каркаси. Крок хомутів в цих каркасах призначають залежно від діаметра поздовжньої арматури і приймають не більше – у зварних і не більше – у в’язаних.
Для хомутів і монтажних вертикальних стержнів треба застосовувати арматури діаметром не менше 10 мм.
Стики елементів збірних конструкцій. У збірних конструкціях, як правило, треба застосовувати стики обетоновані широкі ( що не обтискуються) з відстанню між торцями поєднуваних елементів 100мм і більше, з випусками з елементів стержнів робочої арматури або сталевих закладних деталей; обетоновані вузькі (що обтискуються) шириною не більше 30мм, без випусків з елементів арматури, із заповненням стикового зазору цементним або полімерцементним розчином; клеєні щільні (що обтискуються) із клейовим прошарком товщиною не більше 3мм на основі епоксидних смол або інших довговічних (перевірених досвідом) полімерних композицій. Застосування сухих стиків (без заповнення швів між блоками клейом, цементним або полімерним розчином) у пролітних будовах не допускається.
Торці блоків, з яких складаються збірні по довжині пролітні будови, при застосуванні стиків без випусків арматур треба армувати додатковими поперечними сітками із стержнів діаметром не менше 6мм. При влаштуванні зубчастого стику або стику з уступами розрахункова арматура зуба або уступу повинна мати діаметр не менше 10 мм.
В утворених з окремих блоків по довжині (висоті) конструкціях із клеєними щільними стиками для забезпечення точного сполучення стикованих поверхонь блоків треба, як правило, передбачати фіксатори.
Додаткові вказівки щодо конструювання попередньо напружених залізобетонних елементів. Арматуру, що напружується, у конструкціях з натягом на бетон треба, як правило, розташовувати в закритих каналах, утворених переважно каналоутворювачами з полімерних матеріалів, які після бетонування витягують з тіла бетону. Канали можна влаштовувати за допомогою каналоутворювачів, що після бетонування залишаються в тілі бетону. У такому випадку рекомендується використовувати каналоутворювачі у вигляді оцинкованих гнучких сталевих рукавів або гофрованих труб.
Для забезпечення зчеплення бетону омонолічування в відкритих каналах з бетоном попередньо напруженого елемента треба передбачати випуски з тіла бетону попередньо напруженої конструкції арматурних стержнів або кінців хомутів з кроком не більше 100мм. Поверхню бетону і попередньо напруженої арматури треба очищати від бруду і покривати цементним колоїдним або полімерцементним клеєм. Бетон омонолічування має мати водоцементне відношення не більше 0∙4. Після омонолічування поверхню бетону покривають пароізоляційним матеріалом.
Закладні деталі для збірних елементів конструкцій виготовляють, як правило, зі сталевого листа або профілю і арматурних коротишів-анкерів з арматури класів А-І, А-ІІ, Ас-ІІ, А-ІІІ за допомогою зварювання.
Довжину анкерних стержнів-коротишів приймають не менше , де – діаметр арматури коротиша.
Відношення товщини сталевого листа закладних деталей до діаметра анкерного стержня треба приймати залежно від умов зварювання. В заводських умовах це відношення приймають не менше 0,5, а в умовах будмайданчика – не менше 0,75.
Контрольні запитання
1. Які типи пролітних будов залізобетонних мостів ви знаєте? Охарактеризуйте їх.
2. Опишіть конструкцію монолітних плитних мостів.
3. З яких елементів складаються пролітні будови збірних залізобетонних плитних мостів? Опишіть їх.
4. У чому суть збірно-монолітних плитних пролітних будов?
5. З яких елементів складаються ребристі діафрагмові пролітні будови? Які поперечні перерізи використовують для балок таких пролітних будов? Яка роль діафрагм у цих пролітних будовах?
6. Опишіть конструкцію бездіафрагмових балкових пролітних будов, що армуються ненапружуваною арматурою.
7. Те саме, попередньо напружуваною з натягуванням арматури на упори.
8. Те саме, з натягуванням арматури на бетон.
9. У чому суть нерозрізних балкових пролітних будов? Яким способом можна отримати нерозрізну пролітну будову? Які її переваги над розрізною?
10. Опишіть конструкцію плитно-ребристої нерозрізної пролітної будови.
11. У чому суть коробчатих нерозрізних пролітних будов? Опишіть конструкцію відомої вам такої пролітної будови.
12. Які функції виконують опори балкових пролітних будов? Які типи опор ви знаєте?
13. Охарактеризуйте жорсткі опори (бики) балкових мостів?
14. Які опори називаються гнучкими? Для яких мостів їх застосовують? Опишіть їхню конструкцію.
15. Опишіть конструкцію обсипної берегової опори мосту.
16. Те саме, стоякової козлової.
17. Які фундаменти використовують для опор балкових мостів?
18. Опишіть конструктивне рішення аркових мостів. Які переваги аркових мостів над балковими?
19. У чому суть вантових пролітних будов. З яких елементів вони складаються? Опишіть відому вам висячу пролітну будову.
20. Опишіть конструкцію кам’яного мосту із суцільною надбудовою.
21. Опишіть конструкцію кам’яного мосту із полегшеною надбудовою.
22. Як визначають постійні навантаження на конструктивні елементи мосту?
23. Охарактеризуйте тимчасове вертикальне навантаження від автомобілів та важких транспортних засобів. Як треба розміщувати це навантаження по ширині і довжині мосту?
24. Як враховують динамічний характер прикладання тимчасового навантаження до конструктивних елементів мосту?
25. Як визначають навантаження від людей на конструктивні елементи мосту?
26. Як визначають розрахункові навантаження?
27. У чому суть КПУ. Чому він чисельно дорівнює? Які значення може приймати?
28. За допомогою яких графіків визначають внутрішні зусилля у розрахункових перерізах конструктивних елементів мосту?
29. Які способи визначення КПУ вам відомі? У чому їхня суть?
30. Як визначають зусилля в проміжних опорах мостів?
31. Те саме, в берегових.
32. Які бетони використовують для конструктивних елементів залізобетонних мостів?
33. Яку арматуру використовують для конструктивних елементів мостів?
34. У яких межах призначають величину попереднього напружування? Якою має бути міцність бетону у момент його обтискування?
35. Як впливають втрати попереднього напруження на експлуатаційні якості конструкції? Як їх підрахувати?
36. Як виконують розрахунок на міцність нормальних перерізів на дію згинального моменту?
37. Те саме, похилих перерізів на дію поперечної сили і згинального моменту?
38. Як виконують розрахунок на міцність стиснутих і позацентрово стиснутих залізобетонних конструктивних елементів мосту?
39. Як призначають товщину стінок, плит, діафрагм і ребер в конструктивних елементах пролітних будов?
40. Які допустимі найменші діаметри ненапружуваної арматури для армування конструктивних елементів мостів?
41. Як призначають товщину захисного шару бетону в поперечних перерізах?
42. Якою приймають відстань у світлі між окремими арматурними елементами?
43. Як анкерують ненапружувану арматуру?
44. Те саме, напружувану?
45. Які особливості поздовжнього армування конструктивних елементів мосту?
46. Те саме, поперечного армування.
47. Як влаштовують стики збірних конструктивних елементів мосту?
48. Які додаткові вимоги щодо конструювання попередньо напружених конструктивних елементів мосту з натягом арматури на бетон?
49. Як конструюють закладні деталі збірних залізобетонних елементів мостів?
3. Відомості про металеві і дерев’яні мости
3.1. Види сучасних металевих мостів
Залежно від рівня пропуску транспорту мости і пролітні будови можуть бути з їздою поверху, понизу і посередині (рис. 3.1). На великих мостах транспорт пропускають іноді в два яруси, такі мости називаються двоярусними.
Рис. 3.1. Основні види пролітних будов: а з їздою поверху; б з їздою понизу; в з їздою по середині; 1-3 суцільностінові; 4-7;9 наскрізні; 4;7-9 комбіновані
Система моста визначає зовнішні особливості його роботи з позицій будівельної механіки. Відповідно системи можуть бути:
балкові – у випадку виникнення тільки вертикальних опорних реакцій (див. рис. 3.1; 1, 2, 5, 6, 8, 9);
аркові – у випадку виникнення розпору, що прагне розсунути опори, і наявності основних несучих елементів аркового обрису (див. рис. 3.1; 4);
рамні – (у випадку виникнення аналогічного розпору і виконання верхніх елементів опор жорстко з’єднаними з пролітною будовою (див. рис. 3.1; 3);
висячі – (у випадку виникнення розпору, що прагне зблизити анкерні масиви або опори (див. рис. 3.1; 7).
Залежно від особливостей взаємодії прольотів кожна з перерахованих систем (і насамперед балкова система) може бути розрізною, нерозрізною, шарнірно-консольною і т. д.
Конструкції пролітних будов найпростіше розділити на суцільностінові, наскрізні і комбіновані (див. рис. 3.1). Серед наскрізних і комбінованих конструкцій видне місце займають ґратчасті конструкції. Особливої уваги заслуговують висячі і вантові комбіновані конструкції.
Для автодорожніх мостів найбільш характерна їзда поверху з застосуванням балкової системи (нерозрізної або розрізної) і суцільностінових конструкцій. У наш час досить широко застосовують також комбіновані конструкції балкової й аркової систем, вантові і висячі комбіновані конструкції, суцільностінові з їздою поверху, конструкції рамної системи і т.д.
3.2. Частини пролітних будов і види мостового полотна
Основними частинами металевої пролітної будови є: головні ферми, проїзна частина, зв’язки.
Суцільностінові головні ферми називають зазвичай головними балками. Головні ферми (балки) перекривають прольоти і передають навантаження на опори.
Проїзна частина служить для пропуску транспорту і пішоходів, вона сприймає рухомі навантаження і передає відповідні зусилля головним фермам.
У металевих мостах застосовують три головних види несучих конструкцій проїзної частини: балкова клітка (сукупність сталевих поперечних і поздовжніх балок, що несуть мостове полотно; залізобетонна плита, плоска або ребриста (із залізобетонними або сталевими ребрами або балками); сталева ортотропна плита ( зварена сталева конструкція у вигляді горизонтального листа, підкріпленого ребрами і балками).
Зв’язки між головними фермами (балками) залежно від їхнього розташування називають поперечними, верхніми поздовжніми і нижніми поздовжніми. Зв’язки забезпечують стійкість головних ферм (балок), розподіляють вертикальні навантаження між ними і сприймають горизонтальні навантаження. Зв’язки забезпечують яскраво виражений просторовий характер роботи пролітної будови.
Крім перерахованих основних частин металева пролітна будова повинна мати: опорні частини, що передають зусилля між пролітною будовою й опорами, що закріплюють пролітну будову на опорах і забезпечують необхідні вільні переміщення пролітної будови на опорі.
Великий вплив на конструкції і показники пролітних будов має спосіб влаштування мостового полотна.
Для автодорожніх металевих пролітних будов характерні наступні конструкції мостового полотна:
1) важке з обклеювальною гідроізоляцією поверх залізобетонної плити (рис. 3.2, а);
2) легке по сталевій ортотропній плиті (рис. 3.2, б);
3) дерев’яне поверх сталевих балок.
Рис. 3.2. Конструкції мостового полотна: а – на залізобетонній плиті; б – на сталевій ортотропній плиті
Важке їздове полотно (рис. 3.2, а) має масу близько 300 кг/м2; разом із залізобетонною плитою маса проїзної частини складає 650…800кг/м2.
Легке мостове полотно (рис. 3.2, б) має масу усього 60...80 кг/м2; разом зі сталевою ортотропною плитою маса проїзної частини складає 220…260кг/м2. Поверхня сталевого листа повинна бути піддана піскоструменевому очищенню, металізована цинком або алюмінієм і покрита шаром спеціального епоксидного клею, який також захищає сталевий лист від корозії. На рідкий клей розсипають дрібний щебінь, після чого укладають два тонких шари високоякісного полімерасфальтобетону. Вартість і трудомісткість такого мостового полотна є істотно більшою, ніж важкого по залізобетонній плиті.
Дерев’яне автодорожнє мостове полотно (маса 150…180кг/м2) застосовують переважно тільки на тимчасових металевих мостах.
Конструкції мостового полотна на дерев’яних і металевих поперечинах називають розчленованими, бо ці конструкції складаються з роздільно працюючих елементів, що згинаються. У мостах невеликих прольотів розчленоване мостове полотно може, виконуючи функції несучих конструкцій проїзної частини, опиратися безпосередньо на головні балки. Інші конструкції мостового полотна завжди опираються безпосередньо на несучу залізобетонну або сталеву плиту проїзної частини.
3.3. Опори металевих мостів
Проміжні опори (бики) балкових мостів складаються з фундаментної частини, надбудови і підферменника (рис. 3.3, а…г). Фундамент може бути на природній основі, у вигляді низького або високого ростверку на палях або оболонках, на опускних колодязях, на кесоні.
Надбудову опори виконують або суцільностінову масивну або у вигляді стовпів, з’єднаних ригелем. Надбудову роблять зазвичай з невеликим звуженням до гори, твірні її бічних поверхонь мають ухил 1/20...1/30 до вертикалі.
Бажано проектувати обтічний обрис надбудови в плані, при інтенсивному льодоході із кригорізним ребром. При досить інтенсивному льодоході влаштовують кригорізний виступ з ухилом ріжучого ребра 450.
Підферменник складається з залізобетонної підфермової плити товщиною не меншою за 400 мм, що має карнизи і зливи, і залізобетонних підферменних площадок під кожною опорною частиною.
Берегові опори (устої) балкових мостів складаються з фундаменту, тіла устою і шафової частини (зниженого на розмір будівельної висоти уступу для з’єднання пролітної будови з підферменником).
Рис. 3.3. Проміжні опори і устої балкових мостів: 1 – фундамента частина; 2 – надбудова; 3 – підферменник; 4 – льодорізне ребро; 5 – льодорізний виступ; 6 – шафова частина; 7 – зворотна стінка; 8 – передня стінка
При висоті насипу до 3...4 м влаштовують найпростіший масивний устій (рис. 3.3, д), довжина якого дорівнює довжині конуса насипу. При висоті насипу від 3...4 до 10 м улаштовують П-подібний у плані устій, тіло якого складається з передньої стінки і двох зворотних стінок, що входять у насип на довжину її конуса (рис. 3.3, е). При висоті насипу понад 10 м влаштовують обсипний устій (рис. 3.3, ж), який розташовують усередині конуса насипу, що виступає у бік отвору моста.
3.4. Конструкції пролітних будов
Найширше застосовуються типові автодорожні пролітні будови розрізної і нерозрізної системи з розрахунковими прольотами від 42 до 84 м і габаритами проїзду Г-8, Г-10 і Г-11,5.
Пролітні будови запроектовані в основному зі сталі 15ХСНД, заводські з’єднання зварні, монтажні – на високоміцних болтах.
Згідно з рис. 3.4 збірна залізобетонна плита спирається на дві головні балки і прогін проїзної частини, підтримуваний поперечними зв’язками, що виконують функції поперечних балок.
Збірна залізобетонна плита збирається зі стандартних блоків, що мають вікна для упорів. Крім поперечних швів (крок 21/8 = 2,625 м) над прогоном є ще поздовжній шов. У швах здійснюється зварювання арматурних випусків, після чого шви і вікна омонолічують.
Основна витрата сталі у типових пролітних будовах при прольотах 42 м складає 180...190, при прольотах 63...84 м – 230...260 кг/м2.
Типові автодорожні сталезалізобетонні пролітні будови прольотами 15...33 м розроблені для габаритів Г-8, Г-10 і Г-11,5.
Для однопролітних мостів і шляхопроводів розроблена консольно-рамна попередньо напружена сталезалізобетонна конструкція. Схема консольно-рамного моста наведена на рис. 3.5. Конструкція складається з двохконсольного сталезалізобетонного ригеля з противагами на консолях і двох просторових опорних ніг, утворених стійками і підкосами (одна стійка і один підкіс з обох кінців кожної балки). Консолі, противаги і опорні ноги закриті декоративними стінками устоїв.
Для балковонерозрізних сталезалізобетонних пролітних будов великих прольотів характерним є створення попереднього напруження шляхом натягу високоміцної арматури, що дає серйозну економію сталі. Натяг високоміцної арматури може виконуватися до об’єднання сталі і залізобетону (з обтисненням або сталі, або залізобетону) або після об’єднання сталі і залізобетону в єдину конструкцію.
Рис. 3.4. Типові сталезалізобетонні пролітні будови
Рис. 3.5. Консольно-рамний міст і схема його попереднього напруження та регулювання
Деяке застосування у нас і за рубежем має обтиснення омоноліченою високоміцною арматурою залізобетонної плити до об’єднання її зі сталевою частиною конструкції. Цей прийом використаний, зокрема, при будівництві Калінінського моста через р. Москву і мостів через р. Томь у Томську і Кемерові (Росія).
Нерозрізна сталезалізобетонна пролітна будова моста в Томську (рис. 3.6) має прольоти 65,3+687+65,3 м. У розтягнутих зонах плити з боків ребер над головними балками розміщені пучки високоміцної арматури. Сталева частина конструкції після збирання на насипі була насунута за допомогою аванбека. Після укладання збірних плит у зонах, що розтягуються, омонолічували тільки поздовжні і поперечні шви, але залишали плити не об’єднаними зі сталевою конструкцією. Потім укладали на сталеві верхні пояси і приварювали до передбачених в ребрах закладних деталей об’єднувальні кутики, після чого натягом високоміцної арматури обтискали залізобетонну плиту в зонах, що розтягуються. Потім натягом високоміцних болтів у горизонтальних полицях об’єднувальних кутиків залізобетонна плита була об’єднана з верхніми поясами сталевих балок, а пучки були омонолічені бетоном.
Для автодорожних мостів середніх і великих прольотів з їздою понизу найбільш економічні ґратчасті комбіновані пролітні будови.
Сегментна конструкція особливо економічна завдяки відповідності обрису епюрі моментів. Всі елементи верхнього пояса зовсім однакові внаслідок розміщення його вузлів по колу на рівних відстанях і рівності розрахункових зусиль по довжині прольоту. При важкій проїзній частині всі розкоси працюють тільки на розтягання і мають мінімальні перерізи, не обтяжені умовами стійкості і граничної гнучкості.
Прикладом може служити побудований у 1967 р. у Нідерландах міст через р. Мервед (рис. 3.7) сегментної схеми з гнучкими розкосами зі сталевих канатів діаметром 79,5 мм. Розкоси були попередньо напружені, що збільшило запаси на виключення окремих розкосів з роботи і створило у жорстких нижніх поясах вигідні початкові від’ємні згинальні моменти.
Прості комбіновані пролітні будови з їздою понизу (схеми Лангера), так само як і суцільностінові жорсткі арки з затяжками, мають високі архітектурні і естетичні переваги. Вони відносно широко застосовуються у закордонних автодорожних мостах, незважаючи на істотно більші у порівнянні з ґратчастими конструкціями витрати металу. Схема одного з японських мостів з фермами Лангера (зі специфічною для японської школи ґратчастою балкою жорсткості) наведена на рис. 3.8.
У нас побудовано досить багато безрозпірних мостів для їзди понизу і посередині з жорсткими ґратчастими арками і затяжками (рис. 3.9, а). Вузли поясів арки розташовані по концентричних колах; кожний пояс складається з однакових прямих елементів; усі розкоси однакові; конструкція виготовляється при мінімальному числі кондукторів. Відстані між підвісками трохи збільшуються до середини прольоту внаслідок зменшення кута нахилу поясів, але відстані між поперечними балками однакові. Такі пролітні будови застосовують на автодорожніх, міських і залізничних мостах.
Рис. 3.7. Міст через ріку Мервед
Рис. 3.9. Решітчаста автодорожня пролітна будова з їздою посередині і поверху: а – з жорсткими решітчастими арками і затяжками; б – решітчаста комбінована нерозрізна
У розвинутих закордонних країнах будують прості ґратчасті пролітні будови автодорожніх мостів з їздою понизу і посередині самих найбільших прольотів з полігональним верхнім або нижнім поясом (а іноді і з обома полігональними поясами.). Шарнірно-консольний міст через протоку Карквінець в Каліфорнії (рис. 3.10, а, б, в) з головним прольотом 336 м цікавий застосуванням набору сталей трьох класів міцності (границі текучості 600, 350 і 240 МПа) і чотирьохярусними зварними коробчатими перерізами поясів.
Рис. 3.10. Великопролітні решітчасті автодорожні пролітні будови з їздою понизу і посередині: а – пролітна будова моста через Карквінець, фасад; б – те саме, розріз мосту; в – міст Ошима, фасад; г – те саме, поперечний розріз
Особливо широко застосовують великопролітні ґратчасті балкові мости в Японії. На рис. 3.10, г, д показаний характерний для японської школи нерозрізний міст Ошима з головним прольотом 325 м, побудований у 1976 р. і є вже четвертим з мостів такого типу в Японії, які монтуються, як правило, просторовими блоками масою 1000...3000 т плавучими кранами.
Найбільш ефективними за зовнішнім виглядом з безрозпірних комбінованих автодорожніх і міських пролітних будов з їздою поверху і посередині є трьохпролітні підпружні пролітні будови (рис. 3.11 і 3.12). Ці пролітні будови ефективні при великій різниці між довжинами середнього і крайнього прольотів, наприклад при співвідношенні 1:2:1. В основі конструкції суцільностінова балка, посилена стиснутою підпругою на ділянках, що примикають до проміжних опор, або на всій довжині, причому на посилених ділянках підпруга розтягує балку. У середній частині великого прольоту конструкція має мінімальну будівельну висоту.
Проста комбінована підпружна пролітна будова зі сталевою ортотропною плитою проїзної частини, запроектована в 1973 р. за схемою 91,8+163,2+91,8 м з їздою поверху, встановлена на мосту через Іртиш в Омську (див. рис. 3.11). При ширині проїзду 22,5 м (і двох тротуарах по 2,28 м) у поперечному перерізі моста чотири головних ферми, у кожній фермі – балка жорсткості і підпруга, що знаходяться в одній площині. Конструкція болтозварна з низьколегованих сталей класів З52/40 і З48/35, балки жорсткості двотаврові зі стінкою 3550 мм і товщиною 12 мм, підпруги Н-подібні з вертикалами 110040 мм, стійки Н-подібні.
Підпругами посилені ділянки балки довжиною по 102 м із проміжною опорою в середині ділянки. Кожна ділянка розбита стійками на 10 панелей по 10,2 м. Поперечні зв’язки між балками жорсткості – у кожній площині стійок, між стійками – тільки в площинах опорних стійок. Панель між поперечними балками ортотропної плити 3,4 м, тобто в 3 рази менше панелі між стійками. Ортотропна плита одноярусна, поздовжні ребра – плоскі, через 0,35 м. Поздовжні зв’язки напіврозкісної схеми встановлені уздовж підпруг і уздовж нижніх поясів балок жорсткості. Витрата сталі на основні конструкції 4012т (439кг/м2).
Ґратчаста комбінована підпружна пролітна будова зі сталевою ортотропною плитою проїзної частини побудована в 1972 р. в горах Алтаю (див. рис. 3.12). Прольоти 75+126+63 м, їзда поверху.
Конструкція болтозварна зі сталі 15ХСНД. Особливість конструкції – членування на відправні марки з масою в межах 5 т (з умови транспортування по гірській дорозі). Балки мають стінки висотою 2,4м і товщиною 12 мм. Підпружні ферми з розкісною решіткою підсилюють ділянки балки довжиною по 84 м. Всі елементи ґратчастих ферм мають Н-подібні перерізи.
Ортотропна плита проїзної частини двох’ярусної конструкції має лист товщиною 10 мм і поздовжні ребра з нерівнобоких кутиків 16010010 із кроком 320мм, що спираються на ґратчасті комбіновані двохконсольні поперечні ферми, розставлені через 3,5 м. Ці ферми одночасно виконують функції поперечних зв’язків між балками. Пролітна будова має тільки одну систему поздовжніх зв’язків, які розташовані уздовж нижніх поясів балок. Ці зв’язки на посилених ділянках переходять на підпруги. Витрата металу на основні конструкції 1091 т (413 кг/м2).
Рис. 3.12. Решітчаста комбінована підпружна пролітна будова мосту через р. Катунь: 1 – зв’язки по нижніх поясах ферм; 2 – зв’язки по підпругах
Пролітна будова перекриває глибоку ущелина, і єдино можливим для великого прольоту був начіпний монтаж з обох берегів. Можливість начіпного монтажу – одне із серйозних переваг ґратчастої комбінованої конструкції, перед простою комбінованою.
3.5. Особливості дерев’яних мостів
Дерево – це хороший будівельний матеріал, що відрізняється малою об’ємною вагою, легкістю обробки і відносно високою міцністю. Основний недолік дерева як будівельного матеріалу це небезпека його загнивання, особливо в умовах циклічного зволоження і висихання. Деревом здавна користуються для будівництва мостів.
Стовбур дерева, перекинутий з берега на берег, а також сплетений з галузей дерев висячий перехід були першими найпростішими мостами. Однак і більш удосконалені у конструктивному відношенні дерев’яні мости застосовували в дуже давні часи в древній Греції, Римі й інших країнах.
У древній Русі, багатій лісами, мистецтво будівництва дерев’яних мостів було розвинуто високо. Через великі ріки будували переважно наплавні мости на плотах або човнах. Такі мости називали «живими» через їхню рухливість. Є дані, що при Володимирові Мономахові був побудований наплавний міст через р. Дніпро в Києві (1114 р.); при Дмитрові Донському, під час облоги Твері – міст через р. Волгу. У 1380 р. під час війни з татарами був споруджений міст через р. Дон, а в 1477 р. – плавучий міст через р. Волхов біля Новгорода.
Інший вид мостів того часу мав опори у вигляді дерев’яних зрубів – городнів, схожих на сучасні ряжі. Прольоти між городнями перекривали балками з колод. Стіни городнів часто робили з зазорами між вінцями; такі зруби могли пропускати крізь себе воду і працювали аналогічно сучасним фільтруючим насипам. У 1776 р. відомий російський механік И. П. Кулібін розробив проект дерев’яного аркового мосту для перекриття одним прольотом (близько 300м) р. Неви в Петербурзі. Модель цього моста в 1/10 натуральної величини була побудована і випробувана. Результати випробувань виявилися цілком задовільними, але міст не був збудований через складність його зведення.
З мостів, побудованих за кордоном, повинні бути відзначені дерев’яні мости відомого італійського будівельника Палладіо (1518—1580 р.).
Для невеликих прольотів Палладіо застосовував шпренгельну, а також ригельно-підкісну системи. Для перекриття великих прольотів ним були запропоновані ґратчасті ферми.
На початку XIX ст. з’явилися перші залізниці. Оскільки вони перетинали ряд великих рік, де необхідно було влаштовувати мости на високих опорах з великими прольотами, виникла необхідність у нових системах балкових пролітних будов. Одна з таких систем була запропонована в США архітектором Тауном у 1820 р. Пролітні будови Тауна мали багаторешітчаті ферми з дощок із з’єднаннями на дерев’яних нагелях. Інша система була запропонована в 40-х роках XIX ст. інженером Гау. Ферми цієї системи мали елементи з брусів, і тільки стійки були з металевих тяжів. Ферми Гау були вивчені видатним російським інженером Д. І. Журавським (1821 – 1891 р.), що вніс у їхню конструкцію ряд поліпшень, розробив метод їхнього розрахунку і застосував для будівництва великих дерев’яних мостів.
Виняткове значення мали дерев’яні мости під час Великої Вітчизняної війни. У даний час на автомобільних дорогах усе більше поширення одержують залізобетонні мости. Однак у багатих лісом районах, а також на місцевих і сільських дорогах застосування дерев’яних мостів залишається доцільним. При цьому, використовуючи дерево для будівництва сучасних мостів, необхідно надавати їм конструкцію, що дозволяє індустріалізувати їхнє виготовлення і механізувати зведення. Крім того, треба вживати заходів для збільшення терміну служби дерев’яних мостів, надійно охороняючи їх від загнивання.
3.6. Матеріал дерев’яних мостів
Для дерев’яних мостів застосовують хвойний і листяний ліс. Як будівельний матеріал – краще хвойний ліс, що має прямі і рівні стовбури, менш сучкуватий, з більш м’якою, смолистою і пружною деревиною. З хвойних порід найчастіше вживається сосна, ялина, модрина, кедр і ялиця; з листяних порід – дуб, бук, граб, ясен.
У природних умовах стовбур дерева працює на стиск із поздовжнім згином, а також на поперечний згин. Тому лісоматеріал найбільш пристосований до цих видів силових впливів і найкраще сприймає їх при роботі в конструкціях.
Дерево має неоднорідну будову. По товщині стовбура найменшу міцність має серцевинна частина; ближче до заболоні міцність деревини зростає.
По довжині стовбур дерева має конічну форму з природним потоншенням (стоком) від товстого кінця до тонкого. Потоншення у середньому складає близько 1% При використанні для елементів конструкції колод із природною конусністю у них зберігається найбільш міцна і стійка проти загнивання зовнішня частина деревини.
Якщо колоду обробити, надавши їй циліндричну форму, то значна частина найбільш міцної і стійкої заболонної деревини видаляється і, крім того, перерізається велика частина волокон дерева, спрямованих по конічних твірних. Іще більше послабляється деревина при розпилюванні колод на бруси або дошки. Тому в мостах бажано застосовувати круглий ліс зі збереженням його природної конусності.
3.7. Основні системи дерев’яних мостів
Вибір системи і конструкції дерев’яного моста залежить від величини прольотів, що вимагається, наявної за умовами вертикального планування будівельної висоти, розрахункового тимчасового навантаження, а також від місцевих умов.
Рис. 3.13. Основні системи дерев’яних мостів: а – балкова; б – підкісна; в – Гау-Журавського; г – дощаті ферми на цвяхових з’єднаннях; д – комбінована
При перетинанні невеликих рік і ярів, а також у шляхопроводах застосовують просту балкову систему (рис. 3.13, а). Найпростішою балковою системою можуть бути перекриті прольоти 8...10 м, а при застосуванні складених або клеєних балок — до 16...24 м. Прольоти однопролітних балкових мостів зазвичай складають 4...6 м; при менших прольотах доцільніше влаштування залізобетонної труби. Мости найпростішої балкової системи мають порівняно невелику будівельну висоту.
Підкісні системи мостів широко застосовували в минулому для прольотів від 8...10 м до 20 м (рис. 3.13, б). Дотепер на автомобільних дорогах ще зустрічаються підкісні мости. Однак у новому будівництві їх застосовують рідко, тому що зведення підкісних конструкцій вимагає трудомістких теслярських робіт і не піддається індустріальним методам виготовлення і монтажу.
Для перекриття прольотів більших за 16...20 м застосовують пролітні будівлі з ґратчастими фермами різних видів.
Найчастіше для перекриття великих прольотів у даний час застосовують пролітні будови з фермами системи Гау–Журавського (рис. 3.13, в) із круглого лісу або рідше з брусів зі стійками у вигляді металевих тяжів. Для більшої надійності і збільшення терміну служби нижній пояс або також і верхній можуть бути зроблені металевими. Ферми Гау–Журавського роблять і збірними з блоків заводського виготовлення.
Застосовують також мости з дощатими фермами (рис. 3.13, г) на цвяхових з'єднаннях. Дощаті ферми зручні у виготовленні, але менш довговічні. Тому вони доцільні головним чином для мостів, розрахованих на обмежений термін служби. Дощаті ферми теж можуть бути збірними з блоків, виготовлених на заводі.
Пролітні будови з ґратчастими фермами дають можливість перекривати прольоти до 40...50 м. Великі прольоти порядку 50...60 м, можуть бути перекриті лише комбінованою системою, що складається з ґратчастих ферм, посилених арковим поясом (рис. 3.13, д). Однак їхня конструкція досить складна і громіздка, тому застосовують їх лише у виняткових випадках.
Зрідка на автомобільних дорогах можна зустріти дерев’яні аркові мости, які можуть перекривати прольоти до 40...50м.
3.8. Дерев’яні мости малих прольотів
3.8.1. Найпростіші балкові мости
Головними несучими елементами пролітних будов найпростіших балкових мостів служать балки – прогони, що перекривають проліт моста. Прогони підтримують проїзну частину моста з тротуарами і огородження. Опори балкових мостів у більшості випадків складаються з забитих у ґрунт паль, поверх яких укріплений поперечний елемент, який називають насадкою. На насадки своїми кінцями спираються прогони пролітних будов (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Конструкція багатопролітного балкового мосту
Палі опор дерев'яних мостів забивають у ґрунт на глибину не менш 3,5...4 м.
При невеликій висоті опори багатопрогонових балкових мостів улаштовують з одного поперечного ряду паль. При висоті ж опор більш 4м при глибині води більш 1,5м для збільшення поздовжньої жорсткості моста і сприйняття гальмових зусиль влаштовують окремі дворядні широкі (ґратчасті, просторові) опори, розташовуючи їх через кожні три — п'ять прольотів, але не рідше чим через 20 – 25 м.
Пальові опори висотою до 2...2,5 м можуть не мати ніяких поперечних скріплень. При висоті 3...4 м і більш палі з’єднують між собою горизонтальними і діагональними поперечками. В опорах висотою більш 5 м для збільшення їхньої поперечної жорсткості ставлять спеціальні підкоси, нижні кінці яких упираються в додаткові укісні палі.
В опорах висотою більш 5...6м поперечні зв’язки розділяють горизонтальними поперечками на яруси висотою до 3...4 м.
У сполученнях моста з насипами влаштовують однорядні або дворядні кінцеві опори. Для того щоб кінець пролітної будови і насадки крайньої опори не були засипані ґрунтом насипу і не піддавалися швидкому загниванню, конус насипу не доводять до верху і підтримують верхню частину насипу дерев’яною забірною стінкою.
Контрольні запитання
1. Які види сучасних металевих мостів ви знаєте? Яка між ними відмінність?
2. З яких основних частин складається металева пролітна будова? Які функції виконує кожна з них?
3. Які конструкції мостового полотна характерні для автодорожніх металевих пролітних будов? Охарактеризуйте їх.
4. Опишіть конструкцію проміжних опор металевих мостів.
5. Те саме, берегових опор (устоїв).
6. Які конструктивні рішення пролітних будов металевих мостів вам відомі. Опишіть їх.
7. Які матеріали застосовують для зведення дерев’яних мостів?
8. Опишіть основні системи дерев’яних мостів.
9. Опишіть конструкцію найпростішого дерев’яного балкового мосту.
Література
1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. – М.: Стройиздат, 1991. – 768с.
2. Залізобетонні конструкції. / За ред. А.Я.Барашикова. – К.: Вища школа, 1995. – 592с.
3. Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. – М.: Высш. шк., 1987. – 384с.
4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Специальный курс. – М.: Стройиздат, 1986. – 768с.
5. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие / Под ред. А.Б.Голышева. – К.: Будівельник, 1990. – 544с.
6. СниП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. – М., 1989. – 86с.
7. СниП 2.01.07-89. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. – М., 1988. – 36с.
8. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84). – М., 1986. – 193с.
9. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СниП 2.03.01-84). – М., 1986–1988. – Ч.1, – 187с. Ч.2 – 143с.
10. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий. – М., 1978. – 344с.
11. СНиП 2.05.03-84 „Мосты и трубы”. Нормы проектирования. –М., 1984. – 156с.
12. Примеры расчета железобетонных мостов / Я.Д.Лившиц, М.М.Онищенко, А.А.Шкуратовский – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – 263с.
13. Гибшман М.Е. Проектирование транспортных сооружений. –М. : Транспорт, 1980. –391 с.
14. Сунак О.П. Інженерні споруди. Методичні вказівки до виконання практичних занять для студентів денної та заочної форм навчання, що навчаються за спеціальністю 6.092101 „Промислове та цивільне будівництво”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ, 2009. – 75с.
Вступ................................................................................................................... |
3 |
1.Резервуари...................................................................................................... |
5 |
2. Водонапірні башти....................................................................................... |
43 |
3. Підпірні стіни................................................................................................ |
67 |
4. Підземні канали і тунелі.............................................................................. |
72 |
5. Радіотелевізійні та радіорелейні вежі........................................................ |
80 |
6. Димові труби................................................................................................. |
103 |
7. Опори ліній електропередач....................................................................... |
122 |
8. Дорожньо-транспортні споруди………………………………………….. |
142 |
Література........................................................................................................... |
264 |
НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНЕ ВИДАННЯ
Сунак О.П. Інженерні споруди. Конспект лекцій. Для студентів спеціальності 6.092101 “Промислове та цивільне будівництво” денної та заочної форм навчання.
Комп’ютерний набір та верстка: О. Сунак
Редактор: О. Гордіюк
Підп. до друку _____________. Формат 60х84/16. Папір офс.
Гарн. Таймс. Ум. друк. арк. ____. Обл.- вид. арк. _____.
Тираж _____ прим. Зам. _____.
Редакційно-видавничий відділ
Луцького національного технічного університету
43018 м. Луцьк, вул. Львівська, 75
Друк – РВВ ЛДТУ