 |
Основные положения проектирования и расчета железобетонных мостов
|
|
|
|
Основные принципы проектирования и расчёта железобетонных конструкций[править | править вики-текст]
В России железобетонные элементы принято рассчитывать: по 1-й и 2-й группе предельных состояний:
1. по несущей способности (прочность, устойчивость, усталостное разрушение);
2. по пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкость, чрезмерные прогибы и перемещения).
Задачи расчёта железобетонных конструкций по 1-й группе предельных состояний включают:
1. проверка прочности конструкций (нормальные, наклонные, пространственные сечения);
2. проверка конструкции на выносливость (при действии многократно повторных нагружений);
3. проверка устойчивости конструкций (формы и положения).
Армирование конструкций выполняется, как правило, отдельными стальными стержнями или сетками, каркасами. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в сжатые зоны при недостаточной прочности последней, а также по конструктивным соображениям.
При расчёте железобетонных изгибаемых элементов основной целью является определение требуемой площади рабочей арматуры в соответствии с заданными усилиями (прямая задача) или определение действительной несущей способности элемента по заданным геометрическим и прочностным параметрам (обратная задача).
По характеру работы выделяют изгибаемые элементы (балки, плиты), центрально и внецентренно сжатые элементы (колонны центрально и внецентренно сжатые, растянутые элементы (элементы ферм).
Изгибаемые элементы (балки, плиты) [править | править вики-текст]
При изгибе любого элемента в нём возникает сжатая и растянутая зоны (см. рисунок), изгибающий момент и поперечная сила. Изгибаемые железобетонные элементы, как правило, рассчитывают по прочности следующих видов сечений:
|
|
|
1. по нормальным сечениям — сечениям, перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента,
2. по наклонным сечениям — при действии поперечных сил (срез или раздавливание сжатой зоны бетона), по наклонной полосе между наклонными сечениями (трещинами), от действия момента в наклонном сечении.
В типичном случае армирование балки выполняется продольной и поперечной арматурой (см. рисунок).
Изгиб и армирование железобетонной балки
Элементы конструкции:
1. Верхняя (сжатая) арматура
2. Нижняя (растянутая) арматура
3. Поперечная арматура
4. Распределительная арматура
Верхняя арматура может быть растянутой, а нижняя сжатой, если внешняя сила будет действовать в противоположном направлении.
Основные параметры конструкции:
1. L — пролёт балки или плиты, расстояние между двумя опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метров
2. H — высота сечения. С увеличением высоты прочность балки растёт пропорционально H²
3. B — ширина сечения
4. a — защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры от воздействия внешней среды
5. s — шаг поперечной арматуры.
Арматура (2), устанавливаемая в растянутую зону, служит для упрочнения железобетонного элемента, бетон в которой в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении. Арматура (1) в сжатую зону устанавливается обычно без расчёта (из необходимости приварить к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и сжатая зона бетона (и иногда сжатая арматура) обеспечивают прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок).
Разрушение ж/б элемента по нормальным сечениям
Поперечная арматура (3) служит для обеспечения прочности наклонных или пространственных сечений (см. рисунок).
|
|
|
Разрушение ж/б элемента по наклонным сечениям (схема)
Распределительная арматура (4) имеет конструктивное назначение. При бетонировании она связывает арматуру в каркас.
Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие разрушения бетона растягивающими напряжениями. Арматура устанавливается в направлении действия растягивающих напряжений для упрочнения элемента.
Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без установки верхней и поперечной арматуры.
Плиты армируются по такому же принципу, как и балки, только ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H, продольных стержней (1 и 2) больше, они равномерно распределены по всей ширине сечения.
Кроме расчёта на прочность, для балок и плит выполняется расчёт на жёсткость (нормируется прогиб в середине пролёта при действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина раскрытия трещин в растянутой зоне).
Сжатые элементы (колонны) [править | править вики-текст]
При сжатии длинного элемента для него характерна потеря устойчивости (см. рисунок). При этом характер работы сжатого элемента несколько напоминает работу изгибаемого элемента, однако в большинстве случаев растянутой зоны в элементе не возникает.
Если изгиб сжатого элемента значителен, то он рассчитывается как внецентренно сжатый. Конструкция внецентренно сжатой колонны сходна с центрально сжатой, но в сущности эти элементы работают (и рассчитываются) по-разному. Также элемент будет внецентренно сжат, если, кроме вертикальной силы, на него будет действовать значительная горизонтальная сила (например, ветер, давление грунта на подпорную стенку).
Типичное армирование колонны представлено на рисунке.
Работа и армирование сжатой колонны
на рисунке:
1 — продольная арматура
2 — поперечная арматура
В сжатом элементе вся продольная арматура (1) сжата, она воспринимает сжатие наряду с бетоном. Поперечная арматура (2) обеспечивает устойчивость арматурных стержней, предотвращает их выпучивание.
Массивными считаются колонны, минимальная сторона сечения которых более или равна 400 мм. Массивные сечения обладают способностью к наращиванию прочности бетона длительное время, то есть с учётом возможного увеличения нагрузок в дальнейшем (и даже возникновения угрозы прогрессирующего разрушения — террористические атаки, взрывы и т. д.) — они имеют преимущество перед колоннами немассивными. Т. о. сиюминутная экономия сегодня не имеет смысла в дальнейшем, и, кроме этого, малые сечения нетехнологичны при изготовлении. Необходим баланс между экономией, массой конструкции и т. н. жизнеутверждающим строительством (Sustainable construction).
|
|
|
7. Опоры железобетонных и металлических мостов
Береговые опоры должны надежно сопрягать мост с насыпями подходов и обеспечивать плавный проезд с пролетных строений на более податливое дорожное покрытие. К опорам предъявляют более жесткие требования в отношении долговечности. Если пролетные строения при значительном износе относительно легко могут быть усилены или заменены новыми, то перестройка опор обычно сопряжена со значительными трудностями и требует большой затраты денежных средств.
Стоимость опор (с фундаментами) составляет 40-60% стоимости моста, постройка их часто занимает много времени. Поэтому конструкция опор должна быть экономичной и удобной в производственном отношении.
Опоры железобетонных и металлических мостов выполняют преимущественно из бутобетонной или бетонной (армированной или неармированной) кладки. Конструкция опор может быть массивной и облегченной с отдельными стойками, рамной надстройкой и т. д., а по способу возведения: монолитной, сборной и сборно-монолитной.
Размеры массивных частей опор в большинстве случаев назначают по конструктивным соображениям и прочность их кладки полностью не используется.
Несмотря на это, в опорах марку бетона назначают не менее 200, учитывая условия их работы и требования долговечности.
Элементы сборных конструкций делают из бетона марки не менее 300. Из той же марки следует выполнять опоры на реках с сильным ледоходом.
В опорах, облицованных естественным камнем, марка бетона может быть снижена до 150. Для заполнения не учитываемых в расчетах внутренних полостей сборно-монолитных опор в целях уменьшения экзотермии бетонной смеси марку следует принимать не более 150. Кроме прочности, бетон должен быть достаточно морозостойким. Марку по морозостойкости назначают не менее 100, а при средней температуре наиболее холодного месяца ниже -10°С не менее 200.
|
|
|
