Локальное предварительное напряжение сталежелезобетонных балок с криволинейным нижним поясом

УДК 624.012.45

ЛОКАЛЬНОЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК С КРИВОЛИНЕЙНЫМ НИЖНИМ ПОЯСОМ

М.Ю. Избаш, доцент, к.т.н., Харьковский государственный технический университет строительства

и архитектуры

Аннотация. Обосновываются разработанные методика расчета и способ усиления балок способом локального предварительного напряжения, реализованные при реконструкции Рогатинского моста в г. Харькове, описываются особенности создания двумя ручными винтовыми домкратами усилия обжатия более 100 т, даются рекомендации по выбору напрягаемой арматуры с учетом режима воздействий.

Ключевые слова: сталежелезобетонная балка, арматура, натяжение, упор, локальное обжатие, анкер, сдвиг, смятие.

Введение

Рациональность данного типа балок определяется тем, что высота их поперечных сечений изменяется по длине конструкций в соответствии с возникающей вследствие действия нагрузки эпюрой изгибающих моментов. Таким образом, максимальная высота сечения назначается в середине длины пролета балки.

Цель и постановка задачи

Указанные несущие элементы применяются прежде всего в пролетных строениях мостов, с чем пришлось столкнуться при разработке решений по реконструкции трехпролетного Рогатинского моста в г. Харькове (рис. 1).

Решение задачи

Наиболее пораженной коррозией оказалась железобетонная плита, что потребовало подведения под нее системы стальных балок (рис. 2), уменьшивших изгибающий момент в плите в 9 раз. Это исключило необходимость учета в значительной степени прокор-родировавшей в ней арматуры.

Рис. 1. Общий вид Рогатинского моста

Рис. 2. Система балок, подведенных для усиления плиты

Усиление главных балок производилось способом локального предварительного напряжения [1] дополнительной внешней арматурой, т.е. обжатию подвергалась не вся главная балка, а только ее участок Ър, на котором значения изгибающих моментов были максимальными. Для балок крайних пролетов

lspк = 7,68 м, среднего пролета lSpс = 8,8 м.

Снизу к нижнему поясу каждой балки крепились 6 арматурных стержней d = 32 мм из стали класса А-Ш марки 25Г2С.

Применение арматуры класса А-111 марки 25Г2С во время проведения реконструкции регламентировалось нормативным документом [3], который запрещал использование арматуры повышенной прочности класса А500С при динамическом, многоцикловом характере воздействий. Благодаря результатам экспериментально-теоретических исследований, проведенных различными организациями, Государственной службой автомобильных дорог Украины «Укравтодор» и Техническим комитетом по стандартизации «Арматура для железобетонных конструкций» разработаны в настоящее время «Рекомендации по использованию арматурного проката по ДСТУ 3760-98 при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций автодорожных мостов», которые разрешают использование арматуры класса А500С в конструкциях, подверженных указанным видам воздействий.

Переход на арматуру класса А-500С важен, так как ее нормативное сопротивление на 25% выше, чем у арматуры класса А-Ш.

Начальная длина стержней Lo (длина заготовки) соответствовала криволинейному очертанию нижних поясов главных балок (рис. 5).

Концы стержней заранее приваривались к стальным пластинам толщиной 5 = 25 мм, а затем уже пластины приваривались к нижним поясам балок. После завершения указанной операции производилось оттягивание арматуры вниз с помощью двух ручных винтовых домкратов, расположенных рядом в середине длины балки (рис. 3).

Домкраты упирались в нижний пояс балки, выгибая ее вверх и оттягивая арматуру вниз.

При достижении в арматуре заданного значения усилия натяжения между арматурой и нижним поясом балки вставлялся жесткий цилиндрический упор (рис. 4), фиксирующий оттянутое положение стержней.

Рис. 3. Оттягивание напрягаемой арматуры ручными винтовыми домкратами с контролем деформаций тензометрами

Затем домкраты удалялись, в результате чего в балке в точках закрепления стержней возникало усилие обжатия Нр » Ыр, а в середине длины - направленная вверх сосредоточенная выгибающая сила FSp (рис. 5).

Рис. 4. Цилиндрический упор, фиксирующий оттянутое положение напрягаемой арматуры

Одновременно, синхронно производилось оттягивание арматуры двух главных балок, составляющих вместе со связями единый пространственный блок (рис. 6).

Натяжение осуществлялось этапами и контролировалось с помощью рычажных тензометров, установленных непосредственно на арматурных стержнях (рис. 3).

1-1

Рис. 5 Балка среднего пролета, усиленная локальным обжатием дополнительной внешней арматурой

участок уширения моста

Рис. 6. Схема усиления и уширения Рогатинского моста

Величина начальных напряжений в арматуре доводилась до Ср = 220 МПа. Остающийся резерв прочности предназначается для использования при работе конструкции под нагрузкой, когда арматура выполняет функции шпренгельного подкрепления, благодаря чему по мере нагружения в эксплуатации значения Нр и Ер возрастают.

Суммарное значение усилия натяжения каждых шести стержней при локальном предварительном напряжении составляло Ыр=106 т.

Преимущество способа локального обжатия и состоит в том, что двое рабочих вручную с помощью простейших винтовых домкратов смогли создать усилие натяжения указанной выше величины.

Весьма важно, что открывается возможность реконструкции мостов с минимумом или вообще без остановки движения по ним транспорта (рис. 1).

Методика расчетного определения параметров локального предварительного напряжения балки с криволинейным нижним поясом

строится на базе положений теории висячих систем.

Из рис. 5 следует, что стрелка огибания балки арматурой у0 и диаметра арматуры более чем в 200 раз меньше длины арматуры, которая в данном случае может рассматриваться как гибкая нить.

Чтобы исключить влияние трения концевых участков арматуры о нижний пояс балки при оттягивании, должна быть предусмотрена соответствующая малая начальная стрелка провиса арматуры у0. В некоторых случаях указанное целесообразно и при усилении сталежелезобетонных балок с нижним поясом прямолинейного очертания.

где Esp - модуль деформаций арматуры. Полученная зависимость (2) является уравнением, которое позволяет при заданных значениях /О, lsp, ESp, ASp определить величину необходимой для создания усилия натяжения Nsp стрелки оттягивания /р. Оно решается перебором значений /,.

Величина силы оттягивания Fsp, приложенной в середине длины напрягаемой арматуры и необходимой для создания усилия натяжения Nsp, определяется по зависимости

F = 2 N

sp sp

f0 + fsp

( fsp + fo ) 2

Длина заготовки арматуры (начальная длина L0) в соответствии с теорией гибких пологих висячих нитей [2] может быть определена по зависимости

и 8 Ж f Ц щ

L0 = l K1 + - ч Ъ

О sp 11 ’

Л 3 и sp ш ы

где lsp - расстояние между точками закрепления арматуры, f - стрелка огибания балки напрягаемой арматурой площадью сечения Asp.

С учетом указанного допущения о пологости арматуры криволинейного очертания полученное уравнение, связывающее необходимую величину стрелки оттягивания fsp со значением требующегося усилия натяжения арматуры Nsp, выглядит для случая оттягивания силой Fsp, приложенной в середине длины участка lsp, исходя из рис. 5, следующим образом:

2 У ( /о + /sP )2

12

Nsp =

- l Ki + lsp к1 + л

8 ж / ц 3 и lsp ш

щ

и

lp K1 +

sp

8 ж /о ц

3 и lsp ш

Выводы

Измерение величин усилий натяжения через замеры значений деформаций напрягаемой дополнительной арматуры на каждом этапе оттягивания при усилении главных балок моста с нижним поясом криволинейного очертания показало приемлемую степень соответствия полученных данных с результатом расчета по изложенной выше методике.

Технологичность и возможность создания ручными винтовыми домкратами усилий натяжения арматуры более 100 т делает локальное обжатие весьма эффективным способом усиления балок с нижним поясом криволинейного очертания.

Литература

1. Избаш М.Ю., Шагин А.Л. Сталежелезобе-

тонные элементы в реконструкции зданий // Бущвельш конструкций - К.: НД1БК. - 1999. - Вип. 50. - С. 78 - 84.

2. Качурин В.К. Теория висячих систем. -

М.: Гос. изд-во литер. по стр-ву, архит. и стр. материалам, 1962. - 224 с.

Рецензент: Э.Д. Чихладзе, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

2

l

4

+

4

Г

Г EspAsp,

Статья поступила в редакцию 31 мая 2007 г.