Гибкие упоры сталежелезобетонных пролетных строений

Технология Нельсон в строительстве

Заказать все виды гибких упоров от официального представителя производителя Нельсон в Санкт-Петербурге можно по телефону +7 (812) 339-54-70, либо оставив Заявку на сайте.

Наиболее массовое применение привариваемые соединительные элементы, получили при строительстве сталежелезобетонных и разводных мостов, в строительстве высотных зданий с несущим металлическим каркасом, ограждающих конструкций объектов ядерной энергетики, а так же при реконструкции различных сооружений.

Важным аспектом этой системы является то, что благодаря силовому и формообразующему соединению стальных конструкций и железобетона, возникает принципиально новая конструкция, оптимально использующая преимущества железобетона в сжатой и стальной конструкции в растянутой зоне.В качестве средства объединения железобетонной плиты и металлической балки как правило используют так называемые гибкие упоры Нельсона – металлические стержни с высаженной головкой, нижний торец которых приваривается к верхнему листу балки. Предполагается соединение упоров с балкой при помощи полуавтоматической дугоконтактной сварки.

Процесс приварки упора состоит из нескольких этапов и осуществляется в автоматическом режиме, что исключает возможность влияния человеческого фактора на качество приварки. Сварочная ванна формируется под керамическим кольцом, которое выполняет роль флюса. Сам процесс приварки одного упора длится 0.2…0.8 секунды в зависимости от его диаметра. Технология приварки настолько отработана, что при грамотном использовании можно говорить практически о 100% гарантии качества сварного шва, что подтверждается многократными испытаниями.

Изготовление самих упоров регламентируется ISO 13918.

В области строительства зданий сталежелезобетонные конструкции прочно утвердились на рынке. Основным преимуществом этого метода строительства является быстрое возведение сооружений, независимое от погодных условий, что также снижает строительную стоимость за счет более раннего введения сооружения в эксплуатацию при гарантированном высоком качестве. Снижение веса конструкций до 20% приводит к разгрузке фундаментов и позволяет увеличить экономическую эффективность строительства. При возведении зданий значительные пространства без колонн дают возможность более гибкого использования и увеличения полезной площади.

Строительство ТРК «Столица» на Оболонском проспекте в г.Киев.

Упор, приваренный сквозь профлист.

При возведении промышленных и административных зданий сталежелезобетонные конструкции универсальны в использовании, так как благодаря свободной планировке здания ненесущие стены (перегородки) можно легко перемещать. При определённых условиях, профнастил может быть включен в работу плиты перекрытия, что даёт дополнительную экономию арматуры.

Современные сталежелезобетонные мосты были бы немыслимы без приваренных гибких анкеров с высаженной головкой. Для больших мостов часто используется десятки тысяч упоров, обеспечивающих долговечное соединение между несущими стальными конструкциями (современным пролетным строениям часто придают трапециевидную форму для обеспечения более высокой жесткости при кручении) и железобетонными плитами проезжей части.

Конструкция пролетного строения с приваренными
упорами Nelson на ДЗМК им.Бабушкина

Подольский мостовой переход через р.Днепр г.Киев

Во всех внеклассных мостах через Днепр, строительство которых сейчас продолжается, использованы технологии Nelson, которые на протяжении нескольких лет доказывают свою надежность и эффективность.

Закладные детали с приваренными гибкими анкерами Nelson, идеально подходят для соединения стальных или деревянных конструкций с железобетонными элементами. Основное преимущество анкерных пластин с гибкими анкерами, заделанными в бетон, заключается в их способности выдерживать высокие нагрузки, даже при выдёргивании.

закладных деталей в НИИСК

Проведенные испытания позволяют утверждать о высоких прочностных характеристиках подобных изделий. Стальные элементы с приваренными анкерами системы Nelson разрешены к применению в соответствии с Европейским Техническим стандартом ЕТА-03/0039 (для конструкционной стали) и ЕТА-03/0040 (для нержавеющей стали). Рядом организаций в данное время ведутся работы по замене типовых закладных изделий на изделия с приваренными анкерами Nelson.

Фирма Nelson принимает активное участие в развитии сталежелезобетонного строительства с начала своего образования. Так, в середине 60-х годов фирма Nelson уже производила миллионы анкеров и сварочное оборудование. Упоры изготовляются на специальных прессах с ковкой головок и торцевой части в несколько стадий холодной ковки. По сравнению с горячей ковкой это повышает прочность и предел текучести, тем не менее, спокойная сталь с низким содержанием углерода, используемая для этих целей, обладает предельным удлинением 15%. Холодная ковка обеспечивает высокую точность размеров, а также чистую поверхность, что, в свою очередь гарантирует хорошую проводимость, необходимую для приварки упоров. Размеры анкеров могут изменяться в широком диапазоне в зависимости от решения самих конструкций.

Размеры анкеров. (все размеры даны в мм)

Диаметр упора	Диаметр головки	Мин. длина	Макс. длина
10	19	50	200
13	25	50	400
16	32	50	525
19	32	75	525
22	35	75	525
25	40	75	525

Кроме современного сварочного оборудования надежные сварные соединения также требуют квалифицированной работы, правильного выбора материалов и методов производства в соответствии с современными технологиями. Правила приварки упоров, помимо других источников можно найти в стандарте EN ISO14555. Здесь, помимо всего прочего, изложены методики проверки и испытаний анкерных упоров. Они включают:

1. Визуальная проверка безупречности сварочного валика и точной длины приваренного анкера.

2. Испытание на изгиб до начала массового производства и в дальнейшем выборочные испытания на изгиб во время производства.

3. Макрошлифовка для проверки качества провара шва и исследование по обнаружению любых дефектов в соединении, трещин или пор, которые могли появиться из-за непригодных материалов или приварки при неправильно выставленных параметрах.

4. Испытания на растяжение разработаны для обнаружения дефектов на всей свариваемой поверхности. Как правило, они проводятся только во время первичной подачи фирмой заявления на сертификат для подтверждения квалификации сварщика упоров.

Перечень упоров, пригодных для приварки, дан в стандарте EN ISO 13918. Любой анкер из этого списка может применяться пользователем без необходимости проверки несоответствия материалов или формы анкеров. Кроме различных форм гибких упоров и материалов, указанных в нормах, Nelson также поставляет некоторые специальные типы упоров, например шпильки с резьбой, выполненные из высокопрочной стали.

В заключение можно сказать, что не смотря на короткую историю использования гибких анкеров в отечественном строительстве, эти элементы уже завоевали определенный сектор рынка строительных конструкций, спектр их использования в этой отрасли постоянно расширяется и дает свои результаты.

Анализ существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МОСТ / СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОН / ПРОЛЁТНОЕ СТРОЕНИЕ / УПОР / ГИБКИЙ ШТЫРЕВОЙ УПОР / СДВИГОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ / КЛЕММНО-БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ / BRIDGE / STEEL-REINFORCED CONCRETE / SUPERSTRUCTURE / ABUTMENT / ELASTIC PRONGED ABUTMENT / SHEAR ASSEMBLY / TERMINAL-BOLTED ASSEMBLY

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Карапетов Э. С., Атанов А. В.

Аннотация Цель: Расширение арсенала способов включения стали и железобетона в сталежелезобетонные пролётные строения автодорожных мостовых сооружений. Методы: Были применены исторический, описательный и сравнительный методы, а также моделирование при проведении анализа существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу. Результаты: Приведен краткий исторический обзор способов включения стали и железобетона в совместную работу, рассмотрены современные способы, отмечены их достоинства и недостатки, определен вектор проводимых исследований в области совершенствования существующих и разработки других способов включения стали и железобетона в совместную работу, предложено принципиально новое устройство объединения стали и железобетона с применением упругих прутковых клемм из рессорно-пружинной стали. Практическая значимость: Описанное новое устройство объединения стали и железобетона с помощью упругих прутковых клемм из рессорно-пружинной стали позволит повысить надежность сталежелезобетонного пролётного строения со сборной плитой проезжей части при работе на динамические нагрузки и восприятии температурных воздействий, от усадки и ползучести бетона плиты.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Анализ существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу»

Э. С. Карапетов, А. В. Атанов

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ВКЛЮЧЕНИЯ СТАЛИ И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В СОВМЕСТНУЮ РАБОТУ

Дата поступления: 07.06.2018 Решение о публикации: 22.06.2018

Цель: Расширение арсенала способов включения стали и железобетона в сталежелезобетонные пролётные строения автодорожных мостовых сооружений. Методы: Были применены исторический, описательный и сравнительный методы, а также моделирование при проведении анализа существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу. Результаты: Приведен краткий исторический обзор способов включения стали и железобетона в совместную работу, рассмотрены современные способы, отмечены их достоинства и недостатки, определен вектор проводимых исследований в области совершенствования существующих и разработки других способов включения стали и железобетона в совместную работу, предложено принципиально новое устройство объединения стали и железобетона с применением упругих прутковых клемм из рессорно-пружинной стали. Практическая значимость: Описанное новое устройство объединения стали и железобетона с помощью упругих прутковых клемм из рессорно-пружинной стали позволит повысить надежность сталежелезобетонного пролётного строения со сборной плитой проезжей части при работе на динамические нагрузки и восприятии температурных воздействий, от усадки и ползучести бетона плиты.

Ключевые слова: Мост, сталежелезобетон, пролётное строение, упор, гибкий штыревой упор, сдвиговое соединение, клеммно-болтовое соединение.

Eduard S. Karapetov, Cand. Eng. Sci., senior lecturer, eskar@yandex.ru; *Aleksandr A. Atanov, postgraduate student, a_atanov@inbox.ru (Emperor Alexander I Petersburg State Transport University) ANALYSIS OF EXISTING METHODS OF INCORPORATION OF STEEL AND REINFORCED CONCRETE IN COMBINED ACTION

Objective: Expansion of the arsenal of methods for introducing steel and reinforced concrete into composite reinforced concrete superstructures of vehicular bridgework. Methods: Historical, descriptive and comparative methods were applied, in addition to simulation applied to analyzing existing methods of incorporation of steel and reinforced concrete in combined action. Results: The paper provides a concise historical overview of methods for incorporation of steel and reinforced concrete in combined action, considers the contemporary methods, noting its pros and cons, determines the vector of research being conducted into perfecting of existing and developing of new methods of incorporation of steel and reinforced concrete in combined action, and proposes a conceptually new design of combining steel and reinforced concrete deploying elastic rod-shaped terminal screws produced from spring steel. Practical importance: The new design for combining steel and reinforced concrete deploying elastic rod-shaped terminal screws produced from spring steel, described here, will allow increasing reliability of steel-reinforced concrete superstructure with precast slab roadway during operation involving dynamic force and reception of effects of temperature, shrinkage and creep of concrete in the slab.

Keywords: Bridge, steel-reinforced concrete, superstructure, abutment, elastic pronged abutment, shear assembly, terminal-bolted assembly.

В последние годы на федеральных и региональных автомобильных дорогах на территории Российской Федерации при строительстве мостовых сооружений широкое применение находят сталежелезобетонные пролётные строения.

В соответствии с отечественными [1,2] и зарубежными [3] нормативно-техническими документами сталежелезобетонными называются пролётные строения мостовых сооружений, у которых несущие конструкции состоят из стальных и железобетонных элементов, работающих совместно. Сущность сталеже-лезобетонных пролётных строений заключается в восприятии железобетоном сжимающих напряжений, появляющихся от изгибающих моментов, которое невозможно без надежного объединения железобетонной плиты и стальных балок [4].

Совместная работа достигается за счет применения специальных элементов или устройств объединения, которые воспринимают продольные (сдвигающие) и поперечные (отрывающие и прижимающие) усилия, возникающие как от постоянных, так и от временных нагрузок, а также от температурных воздействий, усадки и ползучести бетона. В европейских нормах [3] такие элементы получили название сдвиговых соединений (shear connection) или соединителей (connectors), в отечественных нормах [1, 2] — упоров или анкеров.

Несмотря на достоинства сталежелезобе-тонных пролётных строений, среди которых можно отметить уменьшение расхода стали и увеличение жесткости по сравнению с металлическими, снижение собственного веса по сравнению с железобетонными, срок службы для пролётных строений длиной до 60 м — 70 лет и свыше 60 м — 100 лет, назначаемый исходя из требований [2, 5], в настоящее время не известен. Так, в [6] отмечается, что физический износ пролётных строений развивается раньше наступления расчетного срока службы и проявляется в виде расстройства

узлов объединения железобетона и стали, в [7] в качестве одного из характерных дефектов и повреждений железобетонной плиты приводится нарушение объединения стали и железобетона. На плиту проезжей части в период эксплуатации воздействуют различные негативные факторы, оказывающие существенное влияние на ее долговечность и надежность, и, как следствие, на долговечность элементов объединения стали и железобетона. Численные закономерности между возникающими дефектами (и/или повреждениями) и негативными факторами, влияющими на пролётные строения, и предложения по их учету при оценке и прогнозировании технического состояния железобетонных мостов приведены в статьях [8-11]. Указанные закономерности с определенными допущениями могут быть отнесены и к железобетонной плите проезжей части сталежелезобетонного моста. В этой связи, по мнению авторов, на первый план выходит надежность и долговечность объединения стали и железобетона, обеспечение которых невозможно без совершенствования существующих или разработки новых способов включения стали и железобетона в совместную работу.

Краткий исторический обзор элементов и способов объединения

Первым элементом объединения железобетона и стали принято считать арматурную спираль, приваренную к верхнему поясу стальной балки, которая впервые была использована в Швейцарии в 1939 г. в разрезном балочном пролётном строении системы «Альфа» [4, 12, 13]. Со временем она была вытеснена арматурными зигзагами, хомутами и отгибами арматуры железобетонных ребер. Однако вышеуказанные конструкции не получили распространения в виду большой трудоемкости монтажной сварки.

В 1948 г. в отечественном мостостроении впервые были применены одиночные наклонные арматурные анкеры под углом 45°

для пролётных строений с железобетонными ребрами, в 1950 г. — под углом 20° для пролётных строений без ребер. Однако, как отмечает Н. Н. Стрелецкий в [13], до начала 80-х годов XX в. в практике отечественного мостостроения все же преобладали жесткие упоры (уголковые, дугообразные, одностенчатые, двухстенчатые и др.).

В США и Англии в конце 1940-х — начале 1950-х годов широкое распространение получили гибкие упоры из отрезков прокатных профилей (швеллеров или двутавров), а в европейских странах — арматурные анкера различных видов и типоразмеров. Жесткими упорами за рубежом служили отрезки прокатных профилей. Во второй половине 1950-х годов используемые ранее за рубежом гибкие упоры и анкеры были заменены на гибкие штыревые упоры.

В 1950-х годах была разработана конструкция жесткого упора с непрерывным объединительным элементом с приваренными упорными планками. В конце 1960-х годов В. И. Кулишом и А. А. Поперечиным было предложено вместо упорных планок придать верхней грани переменную высоту, в начале 1970-х годов М. Боуда — выполнить попеременные косые отгибы в вертикальном листе жесткого упора.

В 1959 г. в ФРГ был применен способ объединения железобетона и стали на высокопрочных болтах, обжимающих железобетон [13].

В 1984 г. в отечественных нормах на проектирование мостов [14] были впервые приведены требования к конструированию и расчету гибких штыревых упоров, производство которых за рубежом было начато еще в 50-х годах XX в. Освоение технологии в отечественном мостостроении с помощью импортных упоров, защитных керамических колец и оборудования фирмы «КОСО» было начато только в 1998 г. на базе АО «Курган-стальмост». Стандарт предприятия [15], регламентирующий технологию устройства гибких штыревых упоров, был введен в действие в 2001 г. и предусматривает применение импортных упоров из стали марки 8137-3к, за-

щитных керамических колец и сварочного оборудования. В целях снижения стоимости комплекта «упор-защитное керамическое кольцо» были проведены исследования, после чего в 2002 г. принят стандарт предприятия [16], регламентирующий технологию устройства гибких штыревых упоров с упорами из отечественных сталей марок 09Г2С и 14Г2, отечественных защитных керамических колец, а также импортного сварочного оборудования.

В 1997 г. В. Г. Решетниковым с коллегами предложена конструкция непрерывного гребенчатого упора с наклонными прорезями, защищенная патентом РФ [17]. В 2009 г. Рос-автодором был утвержден отраслевой дорожный методический документ [18], в котором приведены рекомендации по применению конструкции непрерывного гребенчатого упора [17].

Результаты исследований в области проектирования и строительства сталежелезобетон-ных пролётных строений, включая элементы и устройства объединения стали и железобетона, были впервые обобщены и изложены Е. Е. Гиб-шманом [4], в дальнейшем эта работа продолжена Н. Н. Стрелецким [12, 13], В. А. Быстро-вым [19], Н. Н. Бычковским [20] и др.

Отличия в работе жестких упоров, гибких упоров и анкеров описаны Е. Е. Гибшманом [4] и Н. Н. Стрелецким [12, 13] и заключаются в характере деформаций бетона и воспринимаемых усилий. Так, жесткие и гибкие упоры воспринимают только сдвигающие усилия, а анкеры — сдвигающие и отрывающие усилия, при этом жесткие упоры в отличие от гибких упоров и анкеров вызывают равномерные деформации смятия бетона.

Основные виды элементов и устройств объединения, используемых в настоящее время при проектировании сталежелезобетонных пролётных строений в отечественной и зарубежной практике, систематизированы М. М. Корнее-вым [21] и включают в себя следующие типы упоров: жесткие, гибкие из прокатных профилей, петлевые, типа РегйоЬопё, гребенчатые с наклонными прорезями и гибкие штыревые.

Современные способы объединения железобетона и стали

В соответствии с Европейскими нормами [3, 22] рекомендовано использовать для объединения гибкие штыревые упоры или жесткие упоры с петлевыми элементами, Британскими нормами [23] дополнительно допускается применение гибких упоров из прокатного швеллера, а также соединение на высокопрочных болтах, обжимающих железобетон.

Согласно отечественным нормам [2] для объединения стали и железобетона допускается использование жестких упоров, вертикальных гибких упоров (в виде круглых стержней, прокатных швеллеров, двутавров и уголков без подкрепляющих ребер), наклонных анкеров, высокопрочных болтов, обжимающих железобетон, болтоклеевого объединительного шва и гребенчатых упоров.

При новом строительстве в большинстве случаев применяется один из двух способов объединения железобетона и стали: гребенчатые упоры с наклонными прорезями и гибкие штыревые упоры [24]. Отмечается, что в практику мирового и отечественного мостостроения наиболее широко внедрены гибкие штыревые упоры [25-27]. Необходимо указать, что и гибкие штыревые упоры, и гребенчатые упоры с наклонными прорезями уместнее называть анкерами, так как они воспринимают как сдвигающие, так и отрывающие усилия в объединенной сталежелезобетонной конструкции.

Приварка гибких штыревых упоров к верхнему поясу главных балок осуществляется на заводе при помощи автоматической контактно-дуговой сварки с защитными керамическими кольцами. Скорость сварки — от 4 до 6 упоров в минуту [21].

Достоинствами гибких штыревых упоров являются технологичность, производительность, металлоемкость (в сравнении с жесткими упорами), качество сварного шва, отсутствие необходимости в специальных методах контроля, наличие возможности некоторого относительного перемещения железобетонной

и стальной частей пролётного строения без возникновения разрушающих явлений [28, 29]. Качество сварного шва подтверждено испытаниями гибких штыревых упоров на отрыв от верхнего пояса главных балок, при котором разрушение происходит по упору, а не по месту его сплавления с прокатным листом [21].

Вместе с тем необходимо отметить, что проведенные в ОАО «ЦНИИС» контрольные исследования сварных соединений гибких упоров из стали марки 8137-3к с отечественными мостовыми сталями выявили дефекты в виде трещин по сварному шву, пор, переходящих в трещины, флокенов, неметаллических включений при низкой ударной вязкости КСи-40 °С металла сварных швов [30].

К недостаткам гибких штыревых упоров являются высокая стоимость комплекта «упор-защитное керамическое кольцо», отсутствие отечественного сварочного оборудования для автоматической контактно-дуговой сварки [20], неблагоприятная работа на многократно повторные нагрузки с потерей сцепления бетона и стали и опасностью усталостного разрушения [13, 25], повреждаемость при транспортировке и монтаже, дискретность в передаче сдвигающих усилий [26, 31].

Непрерывные гребенчатые упоры с наклонными прорезями являются результатом усовершенствования конструкции упора типа РегйоЬопё [32].

Приварка непрерывных гребенчатых упоров с наклонными прорезями к верхнему поясу главных балок проводится при помощи автоматической сварки под флюсом или полуавтоматической сварки в среде защитных газов непрерывным угловым сварным швом типа Т3 [18]. Усилия от главных балок передаются на железобетонную плиту и обратно через арматурные стержни нижней арматурной сетки, входящие в наклонные прорези упора, а также через дополнительные арматурные стержни, располагаемые в верхних отверстиях упоров, при этом бетон плиты работает на сжатие и скалывание. Отрываю-

щие усилия гасятся наклонными прорезями в упорах.

К достоинствам технологии объединения с применением непрерывных гребенчатых упоров относятся технологичность (в заводских условиях), металлоемкость (в сравнении с гибкими штыревыми упорами), отсутствие необходимости в импортном оборудовании для автоматической контактно-дуговой сварки [20], передача усилий без концентрации напряжений как в главных балках, так и в бетоне плиты, восприятие отрывающих усилий равномерно по всей длине и неподверженность деформации сдвига [30]; к недостаткам — необходимость термоправки вследствие деформаций упора, возникающих в процессе сварки, и использования станков с числовым программным управлением [20]. Следует отметить, что характер развития напряжений в бетоне при взаимодействии с упорами еще мало изучен [32]. Вместе с тем по результатам экспериментальных исследований, проведенных на базе ОАО «ЦНИИС», установлено, что разрушение узла объединения происходит по бетону без каких-либо повреждений сварных швов, металла упора и арматуры [33].

Авторами [26] был проведен сравнительный анализ работы гибких штыревых упоров и непрерывных гребенчатых упоров с наклонными прорезями, по результатам которого выявлено, что тип упора не оказывает практически никакого влияния на общую жесткость сталежелезобетонного пролётного строения. Вместе с тем экономический эффект от непрерывных гребенчатых упоров по сравнению с гибкими штыревыми упорами характеризуется сокращением затрат в 1,5-1,7 раза [20].

Непрерывные гребенчатые упоры и гибкие штыревые упоры рекомендуются отечественными нормами [2] только при устройстве монолитной железобетонной плиты проезжей части, при этом в сборных плитах для объединения допускается применение гибких упоров и анкеров, омоноличиваемых в окнах и швах. В статье [34] рассмотрены конструкции пролётных строений, в которых были использованы сборные железобетонные плиты:

1) с вертикальными «окнами» на всю высоту плиты или с глухими нишами с отверстиями для последующего омоноличивания; 2) с круглыми отверстиями, через которые после монтажа плиты и ее предварительного обжатия высокопрочной арматурой привариваются гибкие штыревые упоры и производится омоноличивание; 3) с горизонтальными швами над поясами главных балок. В дополнение к вышеуказанным конструктивным решениям в [21] рассмотрена конструкция пролётного строения со сборной железобетонной плитой проезжей части с непрерывными горизонтальными нишами над поясами главных балок, обхватывающими гибкие штыревые упоры, для последующего омоноличивания.

Однако все вышеуказанные конструктивные решения с применением гибких штыревых упоров и сборных железобетонных плит проезжей части требуют выполнения трудоемкой операции по омоноличиванию окон, ниш или швов, которая увеличивает общую продолжительность строительства и содержит предпосылки к браку при производстве работ.

При устройстве сборной железобетонной плиты проезжей части отечественными нормами [2] рекомендуется использование фрикционных, болтоклеевых или сварных соединений.

Высокопрочные болты позволяют обжимать шов между сборной железобетонной плитой и стальными балками и передавать через него сдвигающие усилия без наличия упоров и анкеров, при этом также обеспечивается и восприятие отрывающих усилий. При фрикционном объединении сдвигающие усилия передаются за счет сил трения, а при бол-токлеевом — за счет сил трения и сцепления, обеспечиваемых клеевым составом.

К достоинствам технологии объединения на высокопрочных болтах, обжимающих железобетон, относятся равномерная передача сдвигающих усилий, действующих между железобетонной плитой и стальными балками [13, 25, 35], высокая жесткость на сдвиг [35] и повышенная надежность при работе под дей-

ствием динамических нагрузок [13]; к недостаткам технологии — необходимость устройства отверстий в верхнем поясе стальных балок, ослабляющих сечение и повышающих трудоемкость [25, 35], потеря усилий натяжения высокопрочных болтов из-за ползучести бетона плиты, дополнительное армирование в зонах местного обжатия и пескоструйная обработка верхнего пояса стальных балок (при болтоклеевом объединении) [13].

К достоинствам технологии объединения на сварке относятся экономия стали и технологичность, а к недостаткам — влияние отклонений формы объединяемых элементов [36].

После обследований эксплуатируемых сталежелезобетонных мостов со сборными железобетонными плитами проезжей части, проведенных в конце 1980-х годов, и выявления их недостатков были разработаны новые устройства объединения железобетонной плиты и стальных балок с применением резьбовых соединений:

• через закладные детали с помощью парных приемных уголков, при этом анкеровка закладной детали в плите осуществляется при помощи жестких упоров и петлевых анкеров

• через закладные детали в виде патрубков из труб диаметром 273 мм, при этом анкеров-ка закладной детали в плите осуществляется при помощи арматурных скоб [38];

• через закладную и-образную сварную деталь, при этом анкеровка закладной детали в плите осуществляется при помощи арматурных стержней, проходящих через отверстия в вертикальных листах закладной детали [39];

• через закладные детали (прокатные уголки) с отверстиями, соосными с отверстиями в железобетонной плите, при этом анкерным устройством выступает металлический брус с горизонтальной прорезью, в которой расположена цилиндрическая гайка [40];

• через отверстия в коробчатом упоре, прикрепленном к верхнему поясу главной балки, соосные с отверстиями в плите проезжей части, имеющей пирамидальный вырез под коробчатый упор [41].

В настоящее время исследования в области устройств объединения железобетонной плиты проезжей части и металлической главной балки ведутся по пути совершенствования непрерывных гребенчатых упоров. Так группами авторов во главе с И. В. Решетниковым [42] и А. Г. Злотниковым [43] предложены оптимизированные конструкции непрерывных гребенчатых упоров, которые отличаются от прототипа [17] конфигурацией вырезов.

Вместе с тем, по мнению авторов настоящей статьи, необходимо в дальнейшем расширять арсенал технических средств, применяемых для объединения железобетонной плиты проезжей части, в том числе сборной, с металлическими главными балками. В качестве прототипа было выбрано устройство объединения сборной плиты и главной балки на болтах, проходящих через отверстия в плите и клеммах, выполненных в виде уголков, которые обеспечивают совместную работу плиты и главной балки [13]. К недостаткам указанного устройства относятся трудоемкость, уменьшение усилия прижатия клемм в процессе эксплуатации в связи с износом резиновых прокладок, расположенных между сборной плитой и верхним поясом главной балки, и металлических элементов по контакту «главная балка-клемма-шайба-гайка», а также неремонтопригодность.

Техническим результатом предлагаемого решения являются расширение арсенала технических средств, используемых для объединения сборной плиты с главной балкой в сталежелезобетонном пролётном строении, уменьшение перемещений сборной плиты относительно главной балки и повышение стабильности усилия прижатия клемм за счет применения упругих прутковых клемм из рессорно-пружинной стали, обеспечивающих упругий ход клемм.

Сущность описываемого решения иллюстрирует рисунок, на котором изображен общий вид устройства объединения сборной плиты с главной балкой, включающий в себя резиновую прокладку 1, высокопрочные болты 2, проходящие через шайбы 3, отверстия в

Общий вид устройства объединения (объяснение в тексте)

металлических подкладках 4 и сборной плите 5 и упругие прутковые клеммы из рессорно-пружинной стали 6, прижимаемые к сборной плите 5 и главной балке 7 за счет закручивания гаек 8 через металлические скобы 9 и шайбы 10, и упираемые в упругие металлические подкладки 11, заанкеренные в сборной плите 5, при этом металлические скобы 9 и упругие металлические подкладки 11 имеют отверстия,

соосные с отверстиями в сборной плите 5 и металлических подкладках 4.

По результатам анализа существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу, а также определения их

достоинств и недостатков был сделан вывод о необходимости дальнейшего расширения арсенала технических средств, применяемых для объединения железобетонной плиты проезжей части, в том числе сборной, с металлическими главными балками.

Разработано принципиально новое устройство объединения с использованием в качестве элементов объединения железобетона и стали упругих прутковых клемм из рессорно-пружинной стали. Вместе с тем необходимо отметить, что устройство требует дополнительных исследований с целью изучения его работы под действием статических и динамических нагрузок.

По нашему мнению, за счет упругого хода клемм будет повышена надежность сталеже-лезобетонного пролётного строения со сборной плитой проезжей части при работе его на динамические нагрузки и восприятии температурных воздействий, от усадки и ползучести бетона плиты.

В настоящее время авторами разработана базовая трехмерная модель предложенного устройства, а также ведется работа по созданию его пространственной конечно-элементной модели в программном комплексе ANSYS Workbench для последующей аппроксимации. Результаты проводимых исследований будут освещаться в последующих статьях.

1. СП 159.1325800.2014. Свод правил. Стале-железобетонные пролётные строения автодорожных мостов. Правила расчета. — М. : ФАУ «ФЦС», 2014. — Доступ из справ.-правовой системы «Кон-сультантПлюс». — URL : www.kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

2. СП 35.13330.2011. Свод правил. Мосты и трубы. — Актуализир. ред. СНиП 2.05.03-84*. -М. : Минрегион России, 2011. — Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс». — URL : www.kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

3. EN 1994-1-1:2004. Eurocode 4 : Design of composite steel and concrete structures. — Pt 1-1 : General rules and rules for buildings. — URL : http://www.phd. eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1994.1.1.2004. pdf (дата обращения : 01.06.2018).

4. Гибшман Е. Е. Мосты со стальными балками, объединенными с железобетонной плитой : монография / Е. Е. Гибшман. — М. : Дориздат, 1952. -87 с.

5. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. — М. : Стандартинформ, 2015. — Доступ из справ.-правовой системы «Кон-сультантПлюс. — URL : www.kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

6. СТО 002494680-0032-2004. Сталежелезобе-тонные пролётные строения автодорожных мостов. Реконструкция и ремонт. — М. : ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова», 2004. — 68 с. — Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс». — URL : www.kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

7. Кокодеев А. В. Анализ причин возникновения дефектов и повреждений сталежелезобетонных конструкций транспортных сооружений, влияющих на их несущую способность и долговечность / А. В. Кокодеев, В. В. Раткин // Техническое регулирование в транспортном строительстве. — 2014. — № 4 (8). -С. 22-30.

8. Белый А. А. Основные положения методики прогнозирования сроков службы эксплуатируемых железобетонных мостовых сооружений / А. А. Белый // Наука и бизнес : пути развития. — 2016. — № 10 (64). — С. 9-20.

9. Белый А. А. Анализ технического состояния эксплуатируемых железобетонных мостовых сооружений Санкт-Петербурга / А. А. Белый // Вестн. БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2017. — № 3. -С. 37-44.

10. Белый А. А. Вероятностное прогнозирование технического состояния эксплуатируемых железобетонных мостовых сооружений мегаполиса / А. А. Белый // Вестн. гражданских инженеров. -2017. — № 2 (61). — С. 64-74.

11. Шестовицкий Д. А. Современные подходы к прогнозированию срока службы железобетонных мостов / Д. А. Шестовицкий // Материалы межвуз. науч.-практич. конференции «Инновационные технологии в мостостроении и дорожной инфра-

структуре». Санкт-Петербург, 30 января 2014 г. -М. : Редакц.-издат. центр Министерства обороны РФ, 2014. — С. 298-308.

12. Стрелецкий Н. Н. Сталежелезобетонные мосты : монография / Н. Н. Стрелецкий. — М. : Транспорт, 1965. — 376 с.

13. Стрелецкий Н. Н. Сталежелезобетонные пролетные строения мостов : монография. — 2-е изд., перераб. и доп. / Н. Н. Стрелецкий. — М. : Транспорт, 1981. — 360 с.

14. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. — М. : ГУП ЦПП, 2000. — Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс». — URL : www.kodeks. ru (дата обращения : 01.06.2018).

15. СТП 015-2001. Технология устройства упоров в виде круглых стержней с головкой из импортных материалов в конструкциях мостов. -М. : Корпорация «Трансстрой», 2002. — Доступ из справ.-правовой системы «Кодекс». — URL : www. kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

16. СТП 016-2002. Технология устройства упоров в виде круглых стержней с головкой из отечественных материалов в конструкциях мостов. -М. : Корпорация «Трансстрой», 2002. — Доступ из справ.-правовой системы «Кодекс». — URL : www. kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

17. Патент № 2110639 РФ. Стыковое соединение монолитной железобетонной плиты и стальной балки сталежелезобетонного пролетного строения моста / А. В. Кручинкин, В. П. Егоров, В. Г. Решетников. — № 97108669/03 ; заявл. 02.06.1997 г. ; опубл. 10.05.1998 г. — Бюл. № 13.

18. ОДМ 218.4.003-2009. Рекомендации по объединению металлических главных балок с монолитной железобетонной плитой посредством непрерывных гребенчатых упоров в сталежелезобетонных пролетных строениях мостов. — Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс». — URL : www.kodeks.ru (дата обращения : 01.06.2018).

19. Быстров В. А. Совершенствование конструкций и расчета элементов сталежелезобетонных мостов : монография / В. А. Быстров. — Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. — 182 с.

20. Бычковский Н. Н. Сталежелезобетонные мосты : монография / Н. Н. Бычковкий, В. П. Акатов, В. П. Величко и др. — Саратов : СГТУ, 2007. -592 с.

21. Корнеев М. М. Сталежелезобетонные мосты : теор. и практич. пособие по проектированию / М. М. Корнеев. — СПб. : ПГУПС, 2015. -400 с.

22. EN 1994-2:2005. Eurocode 4 : Design of composite steel and concrete structures. — Pt 2 : General rules and rules for bridges. — URL : http://www.phd. eng.br/wp/content/uploads/2015/12/en/en.1994.2.2005. pdf (дата обращения : 01.06.2018).

23. BD 61/10 : Vol. 3, Sect. 4, Pt 16. The assessment of composite highway bridges and structures. — URL : http://www.standartsforhighways.co.uk/ha/standarts/ DMRB/vol13/section4/bd110.pdf (дата обращения : 01.06.2018).

24. Шишов М. А. Особенности расчета и проектирования шва объединения железобетонной плиты со стальной конструкцией в сталежелезобетонных пролётных строениях автодорожных мостов / М. А. Шишов, А. А. Галимзянов // Транспортное строительство. — 2016. — № 3. — С. 3-6.

25. Лыкова А. В.Анализ способов объединения бетона и стали в сталежелезобетонных мостах / А. В. Лыкова, Л. П. Абашева // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. -2016. — № 2. — С. 86-91.

26. Морид А. М. Исследование работы сталеже-лезобетонных пролётных строений мостов в программном комплексе Femap & Nastran / А. М. Морид, В. И. Попов // Наука и современность. — 2012. -№ 15-1. — С. 122-131.

27. Ростовых Г. Н. Совершенствование методики расчета гибких упоров в конструкциях сталежеле-зобетонных мостов / Г. Н. Ростовых // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. — СПб. : ПГУПС, 2007. -Вып. 3. — С. 81-88.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

28. Копырин В. Н. Производство новой конструкции упоров для сталежелезобетонных пролётных строений автодорожных мостов / В. Н. Копырин, В. К. Сидоров, Б. Ф. Калашников // Транспортное строительство. — 1999. — № 5. — С. 7-9.

29. Кручинкин А. В. Новая технология объединения железобетона и стали в пролётных строениях мостов / А. В. Кручинкин, В. Г. Решетников, Б. М. Вейнблат и др. // Транспортное строительство. — 2003. — № 12. — С. 18-19.

30. Кручинкин А. В. Сталежелезобетонные мосты: проблемы и перспективы развития / А. В. Кру-

чинкин, А. С. Платонов, В. Г. Решетников и др. // Вестн. мостостроения. — 2010. — № 1. — С. 24-30.

31. Патент № 2143023 РФ. Объединенное сталежелезобетонное пролётное строение моста / П. П. Куракин, В. Н. Коротин, В. В. Чаленко и др. — № 99109291/03 ; заявл. 14.05.1999 г. ; опубл. 20.12.1999 г. — Бюл. № 35.

32. Шмуклер В. С. Применение новой конструкции сталежелезобетонного пролётного строения при капитальном ремонте моста / В. С. Шмуклер,

B. Н. Бабаев, С. М. Евель и др. // Нов1 технологи буд1вництв1 — 2016. — № 31. — С. 38-49.

33. Решетников В. Г. Новые эффективные конструкции сталежелезобетонных пролётных строений мостов : автореф. дис. . канд. техн. наук, специальность : 05.23.11 / В. Г. Решетников. — М. : ФУГП «Союздорпроект», 2002. — 24 с.

34. Хеллмарк Р. Сборные сталежелезобетонные мосты / Р. Хеллмарк, П. Колин, М. Нильсон // Мостостроение мира. — 2010. — № 2. — С. 71-80.

35. Ефимов П. П. Проектирование мостов : монография / П. П. Ефимов. — Омск : ООО «Дантэя», 2006. — 111 с.

36. Большаков К. П. Совершенствование способов объединения сборной проезжей части сталеже-лезобетонных мостов / К. П. Большаков, Э. М. Гит-ман // Транспортное строительство. — 1979. — № 10. —

37. Чепурнов К. Г. Новые конструктивно-технологические решения сборной железобетонной плиты проезжей части сталежелезобетонных пролётных строений автодорожных и городских мостов / К. Г. Чепурнов, С. К. Пшеничников, Г. К. Але-кинов и др. // Транспортное строительство. — 1997. -№ 2. — С. 14-18.

38. Патент № 2133792 РФ. Соединительное устройство сборной железобетонной плиты стале-железобетонного моста / А. В. Кручинкин, А. С. Платонов. — № 97119706/03 ; заявл. 28.11.1997 г.; опубл. 27.07.1999 г. — Бюл. № 21.

39. Патент № 2259438 РФ. Сборная железобетонная плита моста / В. Г. Решетников, А. А. По-тапкин. — № 2004116376/03 ; заявл. 01.06.2004 г. ; опубл. 27.08.2005 г. — Бюл. № 24.

40. Патент № 2184187 РФ. Соединительное устройство сборной железобетонной плиты со стальной балкой сталежелезобетонного мо-

ста / Г. Л. Шелкович. — № 2001103113/03 ; заявл. 06.02.2001 г. ; опубл. 27.06.2002 г. — Бюл. № 18.

41. Патент № 1379397 СССР. Стыковое соединение металлической балки с железобетонной сборной плитой / Д. К. Даулас. — № 4114229/29-33 ; заявл. 04.09.1986 г. ; опубл. 07.03.1988 г. — Бюл. № 9.

42. Патент № 156030 РФ. Упор сталежелезобетонного пролётного строения моста / И. В. Решетников, А. В. Решетников, В. Г. Решетников. -№ 2014149767/03 ; заявл. 10.12.2014 г. ; опубл. 27.10.2015 г. — Бюл. № 30.

43. Патент № 158879 РФ. Конструкция объединения железобетонной плиты со стальной балкой моста / А. Г. Злотников, Ю. Ю. Крылов, А. А. Федоров и др. — № 2015126302/03 ; заявл. 30.06.2015 г. ; опубл. 20.01.2016 г. — Бюл. № 2.

1. Construction rules 159.1325800.2014. Code of practice. Steel-reinforced concrete superstructures of motor road bridges. Design rules. Moscow, FAU FTsS Publ., 2014. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

2. Construction rules 35.13330.2011. Code of practice. Bridges and pipes. Revised edition of code of practice SNiP 2.05.03-84*. Moscow, Minregion Rossii Publ., OAO TsPP Publ., 2011. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

3. EN 1994-1-1:2004. Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Pt 1-1: General rules and rules for buildings. URL: http://www.phd. eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1994.1.1.2004. pdf (accessed: 01.06.2018).

4. Gibshman E. E. Mosty so stalnymi balkami, ob’edinennymi s zhelezobetonnoi plitoi [Bridges with steel beams combined with reinforced concrete slab]. Moscow, Dorizdat Publ., 1952, 87 p. (In Russian)

5. State standard GOST27751-2014. Nadezhnost stroitelnykh konstruktsii i osnovanii [Reliability of engineering structures and foundations]. Moscow, Stan-dartinform Publ., 2015. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

6. Company standardSTO 002494680-0032-2004. Stalezhelezobetonnye proletnye stroeniia avtodorozh-nykh mostov. Rekonstruktsiia i remont [Steel-reinforced

concrete superstructures of motor road bridges. Reconstruction and repair]. Moscow, ZAO TsNIIPSK im. Melnikova Publ., 2004. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

7. Kokodeev A. V. & Ratkin V. V. Analiz prichin vozniknoveniia defektov i povrezhdenii stalezhelezobe-tonnykh konstruktsii transportnykh sooruzhenii, vliiai-ushchuikh na ikh nesushchuiu sposobnost i dolgovech-nost [Analysis of the causes of appearance of defects and damage in steel-reinforced concrete structures of transport facilities affecting their bearing capacity and life duration]. Tekhnicheskoe regulirovanie v transport-nom stroitelstve [Technical regulation in transport construction], 2014, no. 4 (8), pp. 22-30. (In Russian)

8. Belyi A.A. Osnovnye polozheniia metodiki prog-nozirovaniia srokov sluzhby ekspluatiruemykh zhe-lezobetonnykh mostovykh sooruzhenii [Fundamental principles of a method for forecasting service terms of reinforced concrete bridgework in operation]. Nauka i biznes: puti razvitiia [Science and business: ways of development], 2016, no. 10 (64), pp. 9-20. (In Russian)

9. Belyi A. A. Analiz technicheskogo sostoianiia ek-spluatiruemykh zhelezobetonnykh mostovykh sooru-zhenii Sankt-Peterburga [Analysis of technical state of Saint Petersburg’s reinforced concrete bridgework in operation]. VestnikBGTUim. V. G. Shukhova [Herald of the V. G. Shukhov Belgorod State State Technological University], 2017, no. 3, pp. 37-44. (In Russian)

10. Belyi A. A. Veroiatnostnoe prognozirovanie tekhnicheskogo sostoianiia ekspluatiruemykh zhelezo-betonnykh mostovykh sooruzhenii megapolisa [Probabilistic forecasting of the technical state of in-operation reinforced concrete bridgework in a megalopolis]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Civil engineers herald], 2017, no. 2 (61), pp. 64-74. (In Russian)

11. Shestovitskii D. A. Sovremennye podkhody k prognozirovaniiu sroka sluzhby zhelezobetonnykh mostov [Contemporary approaches to forecasting the service terms of reinforced concrete bridges]. Materialy mezhvuz. nauch.-praktich. konferentsii «Innovatsionnye tekhnologii v mostostroenii i dorozhnoi infrastructure » [Coll. papers of inter-university sci.-practic. conference «Innovative technologies in bridge-building and road infrastructure»]. Saint Petersburg, Jan. 30, 2014. Moscow, Ministerstvo Oborony RF Publ., 2014, pp. 298-308. (In Russian)

12. Streletskii N. N. Stalezhelezobetonnye mosty [Steel-reinforced concrete bridges]. Moscow, Transport Publ., 1965, 376 p. (In Russian)

13. Streletskii N. N. Stalezhelezobetonnye proletnye stroeniia mostov [Steel-reinforced concrete bridge superstructures]. 2nd ed., revised and expanded. Moscow, Transport Publ., 1981, 360 p. (In Russian)

14. Code of practice SNiP 2.05.03-84*. Mosty i truby [Bridges and pipes]. Moscow, OAO TsPP Publ., 2008. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

15. Process flow diagram STP 015-2001. Tekh-nologiia ustroistva uporov v vide kruglykh sterzhnei s golovkoi iz importnykh materialov v konstruktsiiakh mostov [Technology for designing terminal screws in the shape of round rods with a tip made from imported materials in bridge engineering]. Moscow, Korporatsiia Transstroi Publ., 2002. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

16. Process flow diagram STP 016-2002. Tekh-nologiia ustroistva uporov v vide kruglykh sterzhnei s golovkoi iz otechestvennykh materialov v konstruktsiiakh mostov [Technology for designing terminal screws in the shape of round rods with a tip made from domestic materials in bridge engineering]. Moscow, Korporatsiia Transstroi Publ., 2002. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

17. Kruchinkin A. V., Egorov V. P. & Reshetni-

kov V. G. Patent N 2110639 Russian Federation. Stykovoe soedinenie monolitnoi zhelezobetonnoi plity i stalnoi balki stalezhelezobetonnogo proletnogo stroeniia mosta [Abutment joint of cast reinforced concrete slab and steel beam of steel-reinforced concrete bridge superstructure]. Declared 02.06.1997; published 10.05.1998. Bulletin no. 13. (In Russian)

18. Road-industry methodological document ODM 218.4.003-2009. Rekomendatsiipo ob’edineniiu metal-licheskikh glavnykh balok s monolitnoi zhelezobeton-noi plitoi posredstvom nepreryvnykh grebenchatykh uporov v stalezhelezobetonnykh stroeniiakh mostov [Recommendations on combining metallic main beams with cast rein forced concrete slab by continuous comb-shaped terminal screws in steel-reinforced concrete bridge superstructures]. Unpublished document. Accessed via legal reference system Kodeks on 01.06.2018. (In Russian)

19. Bystrov V. A. Sovershenstvovanie konstruk-tsii i rascheta elementov stalezhelezobetonnykh mos-tov [Perfecting design and engineering of elements of steel-reinforced concrete bridges]: monograph. Leningrad, Leningrad University Publ., 1987, 182 p. (In Russian)

20. Bychkovskii N. N., Akatov V. P., Velichko V. P.

et al. Stalezhelezobetonnye mosty [Steel-reinforced concrete bridges]. Saratov, SGTU Publ., 2007, 592 p. (In Russian)

21. Korneev M. M. Stalezhelezobetonnye mosty: teoreticheskoe i prakticheskoe posobie po proektiro-vaniiu [Steel-reinforced concrete bridges: theoretical and practical guidebook on design]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2015, 400 p. (In Russian)

22. EN 1994-2:2005. Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Pt 2: General rules and rules for bridges. URL: http://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1994.2.2005.pdf (accessed: 01.06.2018).

23. BD 61/10: Vol. 3, Sect. 4, Pt 16. The assessment of composite highway bridges and structures. URL: http://www.standardsforhighways.co.uk/ha/stan-dards/DMRB/vol3/section4/bd6110.pdf (accessed: 01.06.2018).

24. Shishov M. A. & Galimzyanov A. A. Osoben-nosti rascheta i proektirovaniia shva ob’edineniia zhe-lezobetonnoi plity so stalnoi konstruktsiei v stalezhe-lezobetonnykh proletnykh stroeniiakh avtodorozhnykh mostov [Specific features of engineering and designing joint for combining reinforced concrete slab with steel structure in steel-reinforced concrete superstructures of motor road bridges]. Transportnoe stroitelstvo [Transport construction], 2016, no. 3, pp. 3-6. (In Russian)

25. Lykova A. V. & Abasheva L. P. Analiz sposobov ob’edineniia betona i stali v stalezhelezobetonnykh mo-stakh [Analysis of methods for combining concrete and steel in steel-reinforced concrete bridges]. Sovremennye tekhnologii v stroitelstve. Teoriia i praktika [Modern technologies in construction. Theory and practice], 2016, no. 2, pp. 86-91. (In Russian)

26. Morid A. M. & Popov V. I. Issledovanie raboty stalezhelezobetonnykh proletnykh stroenii mostov v programmnom komplekse Femap & Nastran [Examination of operation of steel-reinforced concrete superstructures of bridges in Femap & Nastran software

system]. Nauka i sovremennost [Science and today], 2012, no. 15-1, pp. 122-131. (In Russian)

27. Rostovykh G. N. Sovershenstvovanie metodiki rascheta gibkikh uporov v konstruktsiiakh stalezhelezobetonnykh mostov [Perfecting the design methods for shear bolts in steel-reinforced concrete bridge structures]. Izvestiia Peterburgskogo universitetaputei soobshcheniia [Petersburg Transport University Herald]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2007, issue 3, pp. 81-88. (In Russian)

28. Kopyrin V. I., Sidorov V. K. & Kalashnikov B. F. Proizvodstvo novoi konstruktsii uporov dlia stalezhe-lezobetonnykh proletnykh stroenii avtodorozhnykh mostov [Production of new design of abutments for steel-reinforced concrete superstructures of motorway bridges]. Transportnoe stroitelstvo [Transport construction], 1999, no. 5, pp. 7-9. (In Russian)

29. Kruchinkin A. V., Reshetnikov V. G., Veinb-lat B. M. et al. Novaia tekhnologiia ob’edineniia zhe-lezobetona i stali v proletnykh stroeniiakh mostov [New technology for combining reinforced concrete and steel in bridge superstructure]. Transportnoe stroitelstvo [Transport construction], 2003, no. 12, pp. 18-19. (In Russian)

30. Kruchinkin A. V., Platonov A. S., Reshetnikov V. G. et al. Stalezhelezobetonnye mosty: problemy i perspektivy razvitiia [Steel-reinforced concrete bridges: problems and development perspectives]. Vestnik mos-tostroeniia [Bridge engineering herald], 2010, no. 1, pp. 24-30. (In Russian)

31. Kurakin P. P., Korotin V. N., Chalenko V. V. et al. Patent N 2143023 Russian Federation. Ob’edinennoe stalezhelezobetonnoe proletnoe stroenie mosta [Combined steel-reinforced concrete bridge superstructure]. Declared 14.05.1999; published 20.12.1999. Bulletin no. 35. (In Russian)

32. Shmukler V. S., Babaev V. N., Evel’ S. M. et al. Primenenie novoi konstruktsii stalezhelezobetonnogo proletnogo stroeniia pri kapitalnom remonte mosta [Application of new steel-reinforced concrete superstructure design in major repairs of a bridge]. Novi tekhnolohii budivnytstvi [New construction technologies], 2016, no. 31, pp. 38-49. (In Russian)

33. Reshetnikov V. G. Novye effektivnye konstruk-tsii stalezhelezobetonnykh proletnykh stroenii mostov [New efficient technologies for steel-reinforced concrete bridge superstructures]. Extended abstract

of Cand. Eng. Sci. dissertation: 05.23.11. Moscow, FUGP Soiiuzdorproekt Publ., 2002, 24 p. (In Russian)

34. Khellmark R., Kolin P. & Nil’son M. Sbornye stalezhelezobetonnye mosty [Composite steel-reinforced concrete bridges]. Mostostroenie mira [World bridge engineering], 2010, no. 2, pp. 71-80. (In Russian)

35. Efimov P. P. Proektirovanie mostov [Designing bridges]. Omsk, OOO Danteia Publ., 2006, 111 p. (In Russian)

36. Bol’shakov K. P. & Gitman E. M. Sovershenst-vovanie sposobov ob’edineniia sbornoi proezzhei chasti stalezhelezobetonnykh mostov [Perfecting the methods for assembling composite roadway of steel-reinforced concrete bridges]. Transportnoe stroitelstvo [Transport construction], 1979, no. 10, pp. 10-13. (In Russian)

37. Chepurnov K. G., Pshenichnikov S. K., Ale-kinov G. K. et al. Novye konstruktivno-tekhnolo-gicheskie resheniia sbornoi zhelezobetonnoi plity proez-zhei chasti stalezhelezobetonnykh avtodorozhnykh i gorodskikh mostov [New engineering and technological solutions of composite reinforced concrete slab of steel-reinforced concrete superstructure of motorway and city bridges’ roadway]. Transportnoe stroitelstvo [Transport construction], 1997, no. 2, pp. 14-18. (In Russian)

38. Kruchinkin A. V. & Platonov A. S. Patent N 2133792 Russian Federation. Soedinitelnoe us-troistvo sbornoi zhelezobetonnoi plity stalezhelezo-betonnogo mosta [Connecting device for composite reinforced concrete slab of a steel-reinforced concrete

bridge]. Declared 28.11.1997; published 27.07.1999. Bulletin no. 21. (In Russian)

40. Shelkovich G. L. Patent N 2184187 Russian Federation. Soedinitelnoe ustroistvo sbornoi zhelezo-betonnoi plity so stalnoi balkoi stalezhelezobetonnogo mosta [Connecting device for composite reinforced concrete slab and steel beam of a steel-reinforced concrete bridge>. Declared 06.02.2001; published 27.06.2002. Bulletin no. 18. (In Russian)

41. Daulas D. K. Patent N1379397 USSR. Stykovoe soedinenie metallicheskoi balki s zhelezobetonnoi sbor-noi plitoi [Abutment joint of metallic beam and reinforced concrete composite slab]. Declared 04.09.1986; published 07.03.1988. Bulletin no. 9. (In Russian)

43. Zlotnikov A. G., Krylov Yu. Yu., Fedorov A. A. et al. Patent N158879 Russian Federation. Konstrukt-siia ob’edineniia zhelezobetonnoi plity so stalnoi balkoi mosta [Design for combining reinforced concrete slab with bridge steel beam]. Declared 30.06.2015; published 20.01.2016. Bulletin no. 2. (In Russian)

КАРАПЕТОВ Эдуард Степанович — канд. техн. наук, доцент, eskar@yandex.ru *АТАНОВ Александр Витальевич — аспирант, a_atanov@inbox.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).

Совершенствование методики расчёта гибких упоров в конструкциях сталежелезобетонных мостов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Как известно, в наших нормативных документах (прил. 22 СНиП 2.05.03-84*) расчёт по прочности объединения железобетона и стали вертикальными анкерами из круглой стали, в частности гибкими цилиндрическими упорами, приведён по данным американских норм AASHO, преобразованным применительно к методике предельных состояний, метрической системе мер и условиям испытания бетона в нашей стране. Рассмотрены: сопротивление усталости элементов данного вида объединения; поведение гибких упоров под действием статических нагрузок; методика испытаний; математическое моделирование; расчётный метод оценки влияния диаметра гибкого упора на выносливость сварного соединения .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPROVEMENT OF METHODS OF CALCULATION OF FLEXIBLE STUDS IN STEEL IRON CONCRETE BRIDGE STRUCTURES

As it is known, in our standard documents the calculations of the structures of flexible steel studs welded to the metal base and embedded into reinforced concrete slabs as well as vertical round steel anchors are given according to the American standards (AASHO) which were converted into the metric system and the standards used in our country for critical state calculations. The paper presents fatigue resistance calculation of the structure elements; flexible studs behavior under static loads; methods of testing; mathematical simulation; the method of evaluation of the influence of the flexible stud diameter on the strength of the welded joint.

Текст научной работы на тему «Совершенствование методики расчёта гибких упоров в конструкциях сталежелезобетонных мостов»

Проблематика транспортных систем

УДК 624.21/.8 Г. Н. Ростовых

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ГИБКИХ УПОРОВ В КОНСТРУКЦИЯХ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ

гибкий упор, сталежелезобетонные пролётные строения, предел выносливости, сварное соединение, метод конечных элементов.

В настоящее время при строительстве транспортных развязок широко применяются сталежелезобетонные конструкции, в которых объединение железобетонной плиты с металлическими балками осуществляется при помощи сварных гибких упоров в виде круглых стержней с головкой. Преимуществом такого вида объединения является равномерное размещение упоров по всей площади поясов металлических балок, что значительно улучшает работу железобетонной плиты и устраняет концентрацию напряжений в плите, наблюдаемую вблизи жёстких упоров, а также упрощает устройство арматурных каркасов.

Более чем 60 лет тому назад сварка упоров начала внедряться в индустриальное производство. Сегодня ежедневно проходят сварку миллионы упоров, в Европе — 1 миллиард упоров в год [1]. Этот процесс осуществляется частично вручную, с помощью сварочных пистолетов, частично с помощью механизированного оборудования, с возрастающим применением полностью автоматизированных сварочных установок, а также роботов. Перечислим следующие преимущества этой технологии: многообразие возможностей применения; быстрый процесс сварки;

высокое качество и хорошая воспроизводимость сварки; многообразие предложений недорогих установок с разной степенью автоматизации.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

Проблематика транспортных систем

В отечественных нормах вопросы проектирования данного типа объединения рассмотрены недостаточно подробно. Поэтому внедрение новой технологии потребовало проведения комплексных исследований свойств сварных соединений упоров.

1 Средства и способы объединения железобетона и стали

Термином «объединение» мы называем такое соединение железобетонных и стальных частей элемента для совместной работы, при котором за счет передачи через шов сдвигающих, отрывающих (и, естественно, прижимающих) усилий в объединенном элементе обеспечивается напряженно-деформированное состояние, близкое к соответствующему состоянию цельного элемента [2].

1.1 Объединение жёсткими упорами

Наиболее простым по идее средством объединения железобетона и стали является применение жестких упоров, т. е. выступающих деталей, укрепленных на стальном элементе и работающих как шпонка. Сжимающие усилия передаются бетону непосредственно через соответствующие упорные поверхности, при этом в бетоне происходят деформации местного смятия. Жесткий упор должен воздействовать на бетон аналогично штампу и вызывать равномерные деформации смятия бетона.

1.2 Объединение гибкими упорами и анкерами

Если постепенно уменьшать жесткость упора, он превратится из жесткого в гибкий, деформации смятия по высоте станут неравномерными, а с дальнейшим уменьшением жесткости появятся и деформации обратных знаков. Гибкие упоры работают преимущественно на изгиб наподобие нагеля. Наибольшее смятие бетона возникает у основания гибкого упора.

Если гибкий упор заанкерить в бетоне, он будет воспринимать не только сдвигающие, но и отрывающие усилия. Такой гибкий упор, направленный перпендикулярно к плоскости сдвига, называется вертикальным анкером. Работа гибкого вертикального анкера на растяжение связана главным образом с передачей через шов отрывающих сил и косых растягивающих напряжений, возникающих при изгибе со сдвигом. В случае действия в шве только сдвигающих сил в вертикальном анкере растягивающих усилий не возникает. В этом случае растягивающее усилие в вертикальном анкере может появиться только в результате весьма больших перемещений сдвига одновременно с возникновением по контакту железобетона и стали соответствующих прижимающих напряжений.

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

1.3 Объединение с применением высокопрочных болтов,

Высокопрочные болты, или шпильки, применяют при фрикционном объединении стали и железобетона и при болтоклеевом объединении, если для этой же цели используется, кроме того, сцепление, обеспечиваемое клеевым составом. Положительной особенностью передачи сдвигающих сил между железобетоном и сталью с использованием высокопрочных болтов, т. е. трением или сцеплением, являются меньшие местные возмущения и концентрации сдвигающих усилий и напряжений, чем при использовании упоров или анкеров.

Испытания показали, что при повторных эксплуатационных динамических воздействиях сцепление сравнительно быстро нарушается и при дальнейшей нормальной эксплуатации все сдвигающие усилия передаются практически только через объединительные детали. При однократно возрастающем статическом воздействии сцепление нарушается значительно ранее наступления предельного состояния объединительных деталей, в особенности при сборном железобетоне и наличии подливки. По этим причинам при отсутствии специальных мероприятий, увеличивающих сцепление и трение, все сдвигающие и тем более — отрывающие усилия, действующие в шве, должны передаваться в расчетах на объединительные детали [2].

В этой связи на первое место выходит работа объединения при действии динамических нагрузок. В наших нормах [3], [4] расчёты упоров на выносливость пока не регламентируются. Предполагается, что эти расчёты покрываются запасами, заложенными в расчёты на прочность. В частности, принятием появления незначительной остаточной деформации сдвига, равной 0,08 мм, за предельное состояние по прочности.

2 Исследование работы объединения железобетона и стали гибкими упорами на статическую нагрузку

Исследование работы объединения железобетона и стали гибкими упорами на статическую и вибрационную нагрузки производились на образцах, представленных на рисунке 1. Каждый опытный образец состоял из двух железобетонных блоков и стального элемента с четырьмя гибкими упорами. Образцы бетонировались в специально изготовленной опалубке и выдерживались в пропарочной камере для достижения требуемой прочности бетона на сжатие. Перед бетонированием для предотвращения сцепления бетона со стальными закладными листами их поверхности смазывались машинным маслом.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

Проблематика транспортных систем

Рис. 1. Испытание образцов на статическую нагрузку на пресс-пульсаторе ЦДМ-200

Проведённые ранее исследования показали [5], что усилия, отрывающие гибкие упоры от пояса балки, возникают по концам железобетонной плиты от усадки бетона и изменения температуры (когда плита работает на растяжение). На большей длине объединительного шва гибкие упоры работают преимущественно на срез. Поэтому для исключения работы гибких упоров на отрыв указанные сталежелезобетонные образцы были обжаты с помощью тяжей.

Согласно СНиП [3], сдвигающее усилие Sh, приходящееся на один гибкий упор, должно отвечать следующим условиям прочности (для гибких упоров в виде круглых стержней при l/d > 4,2):

Кроме того, должно быть выполнено условие:

Sh £ 0,063d2mRy [кН];

Sh £ 0,63d2mRy [кгс],

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

где l — длина круглого стержня гибкого упора, см; d — диаметр стержня гибкого упора, см;

Rb — расчётное сопротивление бетона по прочности на сжатие, МПа (кгс/см );

Ry — расчётное сопротивление стали растяжению, сжатию по пределу текучести, МПа (кгс/см2);

m = 1 — коэффициент условий работы.

В таблицу 1 сведены результаты испытания упоров различных диаметров, приведённые к расчётной нагрузке на один упор.

ТАБЛИЦА 1. Результаты испытания упоров различных диаметров

Диаметр упора, мм Предел текучести, МПа Нагрузка при разрушении объединения, кН Количество упоров в объединении Нагрузка на 1 упор, кН Расчётная нагрузка на 1 упор (по бетону Rb), кН Расчётная нагрузка на 1 упор (по металлу Ry), кН Превышение (испытания над расчётной), %

22 326 931,9 4 232,98 76,53 71,57 69,3

22 326 882,9 4 220,73 76,53 71,57 67,6

20 350 500 4 125,00 56,57 63,5 49,2

Из таблицы явно следует: значения, полученные в ходе эксперимента, превышают практически на 50% расчётные нагрузки, что подтверждают и другие исследования, в частности [6].

Полная заделка упора в бетон, особенность работы и возможностей испытательного оборудования не позволяла оценить процессы, происходящие в упоре и окружающем его бетонном слое. Во время испытаний возможно было оценить только смещение стальной плиты под нагрузкой и характер разрушения после испытаний.

С использованием специализированного программного обеспечения была выполнена модель объединения гибкого упора в бетоне методом конечных элементов (МКЭ). Данный расчёт позволил увидеть интересную картину: напряжения в основании упоров распределены неравномерно (рис. 2).

В связи с этим была разработана методика испытаний одного упора в стальной обойме. Данный способ отличается от известных по литературным источникам методов вибрационных испытаний тем, что позволяет исследовать зависимость характеристик усталости сварных швов от диаметра и марки материала упоров. Это дает возможность на основе эксперимен-

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

Проблематика транспортных систем

тальных исследований разработать методику расчета сварных соединений упоров на выносливость.

Рис. 2. Напряжённо-деформированное состояние в основании упоров

3 Исследование работы объединения железобетона и стали гибкими упорами на вибрационную нагрузку

Было испытано 5 серий образцов на базе 5 млн. циклов нагружения. На первом этапе испытывались упоры диаметром 22 мм Германской фирмы КОСО, американские Nelson из стали St37-3k, а также упоры ЗАО «Курганстальмост» из стали 09Г2С-12 отечественного производства. Анализ проведённых испытаний показал, что предел ограниченной выносливости у всех трёх типов упоров находится примерно на одном уровне 120 МПа.

При проведении исследований и разработке нормативно-технической документации по применению технологии сварки упоров из арматурной стали были испытаны на выностивость упоры из термоупрочнённой арматуры Ат-400С диаметром 14 мм. Испытания проводились по описанной ранее методике. Предел ограниченной выносливости составил 228 МПа. Значительно — на 46,5% — возросшая выносливость позволила предположить, что при уменьшении диаметра упора возрастет его долговечность при динамических нагрузках.

Для подтверждения этой гипотезы и сопоставления с результатами предыдущих испытаний было изготовлено 2 серии образцов с упорами фирмы КОСО диаметром 19 и 16 мм, как наиболее распространённых в настоящее время и имеющих аналогичные физико-химические характеристики. Результаты испытаний отражены в таблице 2 и на рисунке 3.

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

ТАБЛИЦА 2. Сравнение предела выносливости упоров различных диаметров

на базе 5 000 000 циклов

Упоры фирмы КОСО диаметром 22 мм 19 мм 16 мм

Предел выносливости на базе 5 000 000 циклов, МПа 118,022 200,872 257,079

— — — — КОСО, 22 mm———-Nelson, 22 mm — — — 09Г2С-12, 22 mm — — — .KOCO, 19 mm——————KOCO, 16 mm

Рис. 3. Результаты испытаний образцов с гибкими упорами различных марок

и диаметров на выносливость

4 Расчётный метод оценки влияния диаметра упора на выносливость

Приведённый выше график наглядно показывает: уменьшая диаметр упора, мы можем значительно увеличить его долговечность при динамических нагрузках. Сейчас при строительстве автодорожных мостов на территории Российской Федерации применяются упоры диаметром 22 мм. В железнодорожных сталежелезобетонных пролётных строениях применяются жёсткие упоры и петлеобразные анкеры.

Полученные в ходе экспериментов результаты могут увеличить надёжность пролётных строений автодорожных и железнодорожных мостов. Использование гибких упоров меньших диаметров актуально также в промышленном и гражданском строительстве, особенно в зонах с повышенной сейсмической активностью.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

Проблематика транспортных систем

На основании полученных данных с использованием аппроксимации по методу наименьших квадратов была получена следующая зависимость:

C = -1,4802D2 +33,07D + 106,88, (3)

где D — диаметр упора, мм;

X — искомый предел выносливости, МПа.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Подставляя в формулу (3) значения D — диаметра упора в мм, мы можем получить ориентировочный предел выносливости в МПа. Данная формула справедлива для упоров диаметром от 16 до 22 мм.

Проведённые исследования позволили всесторонне изучить работу объединения железобетона и стали гибкими упорами при действии статических и вибрационных нагрузок. До настоящего времени в этой работе были получены следующие выводы:

1) несущая способность гибких упоров под действием статических нагрузок превышает расчётные значения по СНиП практически на 50%;

2) уменьшая диаметр упора до 16, 18 мм, мы можем значительно увеличить его долговечность при динамических нагрузках;

3) экспериментально обоснованные исследования позволяют внести в наши нормы расчёт на выносливость для гибких упоров;

4) использование МКЭ при моделировании гибких упоров в бетоне позволило лучше понять особенности работы упоров, а также помогло выявить факт повышения долговечности объединения для упоров меньших диаметров при динамических нагрузках.

1. Trillmich, Rainer. Bolzenschweiben: Grundlagen und Anwendung / Trillmich; Welz. — Dusseldorf: Dt. Verl. fur Schweisstechnik, DVS-Verl., 1997. — 155 S. — ISBN 387155-172-4.

2. Сталежелезобетонные пролётные строения мостов / Н. Н. Стрелецкий. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1981. — 360 с.

3. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. Госстрой России. — М.: ГУП ЦПП, 2000. —

4. Технология устройства упоров в виде круглых стержней с головкой из импортных материалов в конструкциях мостов: СТП 015-2001. — М.: Корпорация «Трансстрой», 2001. — 38 с.

5. Исследование прочностных характеристик стержневых упоров Нельсона для сталежелезобетонных пролётных строений. Ч. 2 — СПб.: НИИ мостов ПГУПС, 1998. -55 с.

6. Thorsten Faust. Headed studs in composite structures with LWAC, LACER No. 4, 1999. — P. 209-219.

Proceedings of Petersburg Transport University

Гибкие упоры сталежелезобетонных пролетных строений

1-2 ВОПРОС. При проектировании металлических балок, объединенных с железобетонной плитой проезжей части (сталежелезобетонные пролетные строения), расчеты ведут теми же приемами, как и при проектировании чисто металлических балок, с учетом особенностей конструкции, состоящей из двух различных материалов [1]. Железобетонная плита проезжей части в сталежелезобетонных пролетных строениях объединена со стальными балками так, что она включается на работу на общее действие нагрузки. Такое решение весьма эффективно в разрезных пролетных строениях, где главные балки на всей длине работают на положительный изгибающий момент, и железобетонная плита проезжей части работает на сжатие. В железобетонных пролетных строениях железобетонная плита может быть сборной и монолитной. Участие железобетонной плиты в совместной работе со стальной балкой позволяет существенно уменьшить сечение верхнего пояса. Иногда его размеры принимают в соответствии с требованиями конструктивного минимума, регламентированного нормами проектирования мостов. Вид поперечного сечения сталежелезобетонного пролетного строения зависит от его габарита и пролета и в значительной степени определяется рациональным пролетом железобетонной плиты, изменяющимся при толщине плиты 15…25 см в пределах от 3 до 6 м (рис. 1, а). При шаге сварных двутавровых балок 3 м в поперечном сечении плита проезжей части может быть принята толщиной 20 см. При шаге балок 6…10 м плиту той же толщины опирают на вспомогательные прогоны, выполняемые из прокатных профилей (рис. 1, б).

Для улучшения распределения нагрузки между главными балками, а также для обеспечения устойчивости балок при надвижке пролетного строения в его поперечных сечениях с шагом 3…6 м устраивают решетчатые поперечные связи (рис. 1, а, б). -6- В сталежелезобетонных пролетных строениях при пролетах более 60 м применяют обычно балки коробчатого сечения с вертикальными и наклонными стенками (рис. 1, в, г). Плиту проезжей части можно выполнять из сборных П-образных блоков с объединением их шпоночным стыком (рис. 2) или из 2Т-образных блоков со стыком на арматурных выпусках (рис. 3). Арматурные выпуски соединяют внахлѐстку сваркой или вязальной проволокой (рис. 4).

Совместная работа железобетонной плиты и стальной части балки должна быть надѐжно обеспечена. Объединение обычно обеспечивается установкой жестких или гибких упоров, гибких арматурных связей или высокопрочных болтов (рис. 6). В последнее время в практике мирового и отечественного мостостроения широко применяют гибкие штыревые упоры с круглой цилиндрической головкой. В отечественном мостостроении используют штыревые упоры диаметром 20…22 мм и длиной 150…250 мм, выполненные из стали 09Г2С-4 [6].

При монолитной железобетонной плите чаще используют гибкие упоры из арматурных стержней в виде крючков и петель. К верхнему поясу стержни-упоры прикрепляют под углом 35…450 с помощью сварки (рис. 7). Длину одиночного анкера принимают не менее 25 r d , а петлевого – не менее 7 r d (где r d – диаметр арматуры). Если приварка стержней-упоров по каким-то причинам не допускается, то петлевые упоры объединяют в группы, которые приваривают к металлическим полосам, закрепленным на металлической подкладке (рис. 8). Объединенные в группу петлевые упоры через металлическую прокладку прикрепляют к верхнему поясу высокопрочными болтами. В сборных железобетонных плитах для их объединения со стальными балками в местах установки упоров устраивают окна (рис. 9, а), которые после монтажа плит необходимо заполнить бетоном, прочность которого должна быть на класс выше прочности бетона плиты. Продольные и поперечные швы между сборными блоками плит также должны быть качественно заполнены бетоном.

Для улучшения связи сборных плит с балками по краям плит в окнах устраивают закладные детали (рис. 9, б), которые приваривают к поясу балки. Верхняя арматура плит в стыках в этом случае также сваривается. Существенно упрощаются работы по объединению сборной плиты с балками при использовании петлевых гибких упоров (рис. 9, в), приваренных к металлической обойме и помещенных в тело плиты при еѐ изготовлении.

Размеры блоков сборных плит определяются условиями перевозки и их монтажа. Пример расположения плит проезжей части в пролетном строении показан на рис. 10. Проезжая часть – из сборных железобетонных плит, за исключением крайних монолитных участков. Плиты в основном двух видов: прямоугольной формы и с консольными выступами для опирания на них тротуарных блоков. Кроме того, в некоторых плитах сделаны выкружки для закладки трубок водоотвода. Оптимальные высоты металлических балок, объединенных с железобетоном на 15-25% меньше, чем в обычных металлических балках. Однако даже значительное отклонение высоты от еѐ оптимальной величины мало влияет на общий расход металла [7]. Поэтому высоту часто назначают исходя из общих конструктивных соображений — возможности использования листов стандартных размеров и предельной ширины; получения размеров монтажных элементов, вписывающихся в железнодорожный габарит, и др. Обычно для разрезных балок еѐ высоту назначают от 1/15 до 1/25 длины пролета.

Толщины вертикальных стенок, ширину и толщину горизонтальных листов назначают с учетом таких же требований, как и при конструировании обычных металлических балок, а также некоторых дополнительных требований [1, 4]. Если верхний пояс объединенной балки сжат, то отношение толщины верхнего горизонтального листа к его свесу должно составлять не менее 1/12 в конструкциях из низколегированной стали и не менее 1/15 в конструкциях из малоуглеродистой стали. Кроме того, толщина полки (одного листа или пакета листов) верхнего пояса должна составлять не менее 1/10 от свеса полки в границах еѐ контакта с бетоном. Для обеспечения достаточно надежной связи верхнего пояса металлической балки с железобетонной плитой ширина его должна быть не менее 200 мм. А при расположении в пределах пояса продольного стыка сборных плит эта ширина должна быть не менее bdr 160 мм (где bdr – ширина жесткого упора). Армирование плит, конструкция тротуаров, изоляции, водоотвода и т.п – обычные для железобетонных конструкций.

3 ВОПРОС. Способы объединения железобетонной плиты проезжей части со стальными балками. Особенности расчета объединения железобетонной плиты со стальными балками.

В последнее время в практике мирового и отечественного мостостроения широко применяют гибкие штыревые упоры с круглой цилиндрической головкой. В отечественном мостостроении используют штыревые упоры диаметром 20…22 мм и длиной 150…250 мм, выполненные из стали 09Г2С-4 [6].

Рис. 6. Способы объединения железобетонной плиты с металлическими балками:

а, б – жесткие упоры; в, г – гибкие упоры; д – высокопрочные болты;

1 – бетонная плита; 2 – ребро жесткости; 3 – уголковый коротыш;

4 – приподнятый плоский упор; 5 – стальной стержень с высаженной головкой;

6 – контактная сварка; 7 – петлевые гибкие упоры; 8 – сварные швы;

9 – высокопрочный болт; 10 – сборная плита; 11 – сетки армирования плиты

В сборных железобетонных плитах для их объединения со стальными балками в местах установки упоров устраивают окна (рис. 9, а), которые после монтажа плит необходимо заполнить бетоном, прочность которого должна быть на класс выше прочности бетона плиты.

При расчетах упоров и анкеров в начале задаются их размерами, обоснованными по конструктивным соображениям: удобством их приварки к верхнему поясу стальной балки, целесообразным типом сопряжения с железобетонной плитой и др. Далее распределяют упоры по длине балки, исходя из эпюр погонных сдвигающих сил.

В настоящее время чаще применяют плиты сборной конструкции. В них расположение упоров определяют разбивкой окон, в которые входят упоры при укладке плит. Таким образом, упоры располагают на равных расстояниях. Поэтому достаточно подсчитать наибольшую сдвигающую силу, передающуюся на один упор в той части балки, где ординаты эпюр сдвигающей силы имеют максимальное значение.

напряжения от совместного действия сдвигающего усилия и

Гибкие упоры сталежелезобетонных пролетных строений

Технология Нельсон в строительстве

Анализ существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Карапетов Э. С., Атанов А. В.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Карапетов Э. С., Атанов А. В.

Текст научной работы на тему «Анализ существующих способов включения стали и железобетона в совместную работу»

Совершенствование методики расчёта гибких упоров в конструкциях сталежелезобетонных мостов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ростовых Г. Н.

IMPROVEMENT OF METHODS OF CALCULATION OF FLEXIBLE STUDS IN STEEL IRON CONCRETE BRIDGE STRUCTURES

Текст научной работы на тему «Совершенствование методики расчёта гибких упоров в конструкциях сталежелезобетонных мостов»

Гибкие упоры сталежелезобетонных пролетных строений

Добавить комментарий Отменить ответ