Усиление пролетных строений замкнутого поперечного сечения

Недостаточная грузоподъемность пролетных строений коробчатого сечения из предварительно напряженного бетона обычно является следствием ошибок, допущенных при проектировании и строительстве, к которым добавляются дефекты и повреждения, возникающие в процессе эксплуатации [22].

Одной из главных причин снижения грузоподъемности являются потери предварительного напряжения пучков в свежезаинъектированных каналах, как на этапе строительства, так и в период эксплуатации.

Снижение грузоподъемности пролетных строений происходит также в результате возникновения и развития трещин в бетоне: вертикальных - в зоне максимальных изгибающих моментов, наклонных - в месте действия больших перерезывающих сил у опорных сечений, продольных - в местах анкеровки мощных пучков предварительно напряженной арматуры.

В сборных конструкциях при монтаже блоков пролетных строений, особенно в зимний период года, при неправильном подборе состава клея или нарушении технологии его приготовления (недостаточном перемешивании) возможно появление стыков с незатвердевшим клеем по всему контуру блока или его части.

Значительные вертикальные прогибы вследствие ползучести бетона монолитных конструкций также могут быть признаком недостаточной грузоподъемности пролетного строения.

В случае явной коррозии напрягающей арматуры в каналах (подтеки от грязно-желтого до бурого цвета, отслоения защитного слоя бетона, оголение пучков и т.п.) меры по усилению пролетного строения принимаются заблаговременно до появления каких-либо деформаций.

Особенностью усиления коробчатых пролетных строений мостов является их большая собственная масса (для больших пролетов - тысячи тонн), что значительно ограничивает выбор средств и методов усиления.

Наибольшее распространение получил метод усиления установкой и напряжением дополнительной высокопрочной арматуры. Целью работ является исключение растягивающих напряжений во всех сечениях пролетного строения, заделка основных трещин при сохранении неизменными величин опорных реакций [24].

Применяются три основных способа усиления - установка прямолинейных пучков (рис. 12а) предварительно напряженной арматуры, полигональных пучков (рис. 12 б) и напряженных хомутов отдельно и в сочетаниях.

Преимущества первого способа - простота и легкость выполнения, высокая производительность работ по установке и натяжению арматуры, недостаток - малая эффективность усиления по изгибающему моменту, так как в статически неопределимых конструкциях высота растянутой и сжатой зон по длине пролета изменяется. Кроме того, данный способ не дает усиления по поперечной силе.

В случае применения полигональных пучков конструкция более рациональна и эффективность усиления высока как по изгибающему моменту, так и по поперечной силе. Недостаток этого способа заключается в необходимости промежуточной анкеровки пучков и устройства упоров-оттяжек для изменения угла их отклонения от прямой, соединяющей два концевых анкера. Это в определенной мере способствует потере части предварительного напряжения.

В обоих случаях необходимо предусмотреть точки закрепления пучков, которые располагаются достаточно близко друг от друга и являются жесткими. При их размещении следует избегать касания пучками стенок пролетного строения, что уменьшает степень их нагрева от конструкции пролетного строения, а также исключает возможность резонансных колебаний. Пример прикрепления пучков к стенке коробчатой балки показан на рис. 12 в.

Рис. 12. Усиление балочных пролетных строений внешней напрягаемой арматурой (а - прямолинейными пучками; б - полигональными пучками; в - узел крепления пучков к стенке коробчатой балки; г - узел крепления пучков на опорной диафрагме; д - анкеровка пучка на стенке балки в пролете/

Анкеровка дополнительной предварительно напряженной арматуры выполняется в основном тремя способами: на концевых анкерных поперечных балках, размещенных по торцам пролетного строения; на упорах, прикрепленных к стенкам и полкам пролетного строения; на существующих или специально устроенных поперечных балках. Анкерные поперечные балки являются массивными элементами из обычного или предварительно напряженного железобетона, на которые опираются анкеры пучков предварительно напряженной арматуры. Преимуществами данного способа являются: исключение возникновения концентраторов напряжения на существующем пролетном строении, а также возможность применения мощных пучков с большим усилием предварительного напряжения. В работу пролетного строения на постоянные и временные нагрузки в любом сечении береговых пролетов включаются все пучки основной и дополнительной высокопрочной арматуры, что не всегда легко достигается другими способами [25]. Поэтому этот способ часто является наиболее экономичным.

Для сооружения концевой анкерной поперечной балки (рис. 12 г) требуется переустройство верха крайней опоры, что сопряжено с длительными перерывами в движении транспортных средств. Этот недостаток можно устранить размещением поперечной анкерной балки в полости продольной балки. Данный способ использован при усилении моста в Швеции [22].

ВЫВОДЫ

Приведенные в обзоре инженерные решения по усилению мостов свидетельствуют о все более возрастающем интересе к этой проблеме в СССР и во многих других странах, что отражается в увеличении числа реконструируемых мостов, а также выделяемых средств на производство ремонтных работ. В области теоретических исследований ведется анализ структуры расходов на содержание, ремонт и реконструкцию мостов, создание нормативной базы. Исследуются вопросы расчета усиленных мостовых конструкций и сооружений.

Главным направлением исследований является разработка и апробация инженерных решений и способов по реализации усиления пролетных строений и опор.

Подробно изучено усиление ребристых пролетных строений и накоплен опыт его реализации. Наиболее эффективным и перспективным является усиление комбинированными стальными каркасами, способствующее снижению трудозатрат. В этом случае возможно создание типовых схем и конструкций усиления соответствующих типовых пролетных строений. Применение способов наклейки поверхностной арматуры целесообразно в комбинации с металлическими крепежными элементами (высокопрочными болтами, тягами, упорами и т.п.), назначение которых - снять концентрацию напряжений, исключить отрицательные последствия изменения во времени физико-механических свойств клеевых швов. Не до конца изучен вопрос об эффективном усилении плиты проезжей части. Наклейка стальных листов является трудоемким процессом, а устройство накладной плиты требует перерыва в движении транспортных средств по мосту.

Усиление балочных мостов изменением их расчетной схемы - метод эффективный и достаточно отработанный - особенно в сочетании с созданием предварительного напряжения.

Пролетные строения коробчатого поперечного сечения больших пролетов усиливаются в основном внешним армированием напрягаемой арматуры. В этой области необходимо сосредоточить усилия на создании эффективных и малогабаритных домкратов, а также анкерных устройств и оттяжек.

Эксплуатация усиленных балочных мостов показывает, что усиление является эффективным методом повышения их эксплуатационной надежности и долговечности.