Анализ изменения напряженно-деформированного состояния малого мостового сооружения при усилении его накладной плитой

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Россия, Саратов

ООО «Институт «Проектмостореконструкция», Россия, Саратов

Анализ изменения напряженно-деформированного состояния малого мостового сооружения при усилении его накладной плитой

Овчинников Илья Игоревич,

к.т.н., доцент кафедры «Транспортное строительство»

Блинков Максим Андреевич, инженер I категории

Аннотация

На автомобильных дорогах России существует большое количество действующих малых мостов, обладающих недостаточной грузоподъёмностью вследствие значительного увеличения нагрузок от транспортных средств, причем 80 % железобетонных пролётных строений не удовлетворяют современным требованиям по грузоподъёмности. Они запроектированы по нормам 1948 и 1953 гг. на нагрузки Н-10, Н-13 и Н-18, а также по нормам СН 200-62 (1962 г.) - на Н-30.

В статье анализируется способ увеличения грузоподъемности пролетных строений малых мостов путём их усиления накладной железобетонной плитой.

Представлена последовательность определения грузоподъемности пролетного строения малого моста до и после усиления его накладной плитой. По результатам расчетов получены сведения о реальной грузоподъемности моста до его усиления и прогнозируемой грузоподъемности после усиления.

Ключевые слова: пролетное строение, накладная монолитная плита, грузоподъемность, предельный момент, временная нагрузка.

грузоподъемность пролетный мост железобетонный

Annotation

Ovchinnikov Ilya Igorevich

Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education

«Yuri Gagarin State Technical University of Saratov», Russia, Saratov,

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

at the Department of «Transport Construction»

Blinkov Maxim Andreevich

Institute «Proektmostorekonstruktsiya», Russia, Saratov,

engineer I category

Analysis of stress-strain state of small bridges, with concrete slab strengthening

On existing roads with the development of transport infrastructure there are a large variety of existing small bridges that have insufficient load-carrying capacity due to the significant increase in traffic loads. On the roads of Russia 80% reinforced concrete spans do not meet modern requirements for duty. They are designed according to the norms of 1948 and 1953. The loads H-10, H-13 and H-18 as well as the norms CH 200-62 (1962) - to H-30.

The article discusses method to increase carrying capacity spans small bridges by strengthening with reinforced concrete slab.

The paper presents a sequence of determining carrying capacity of small span of the bridge before and after strengthening. According to the results of calculations obtained information about the actual load capacity of the bridge to enhance its carrying capacity and predicted after strengthening.

Keywords: span, monolithic slab, capacity, ultimate limit moment, live load.

Территория Российской Федерации занимает 13 % суши земного шара. Для сообщения между собой всех субъектов существуют многочисленные автодороги, включающие в себя искусственные сооружения, многие из которых были построены еще во времена СССР. С течением времени любое искусственное сооружение подвержено естественному физическому износу в результате воздействия на него агрессивных сред и подвижных нагрузок. К такому физическому износу можно отнести: карбонизацию бетона, хлоридную коррозию, коррозию арматуры, выщелачивание бетона, разрушение бетона в результате воздействия морозного пучения через микропоры и т.п. Вместе с тем наряду с физическим износом существует и так называемый моральный износ. Многие искусственные сооружения, построенные до 1984 года, не рассчитаны на современные подвижные нагрузки.

В связи с вышесказанным, встает острая проблема приведения таких искусственных сооружений в полное соответствие с современными требованиями как с точки зрения обеспечения комфортности проезда (соответствие габарита категории дороги), так и с точки зрения обеспечения грузоподъёмности. Данная тематика также рассматривалась ранее в следующих научных трудах [1-6].

Рассмотрим анализ напряженно-деформированного состояния пролетного строения малого моста на примере моста через оросительный канал, расположенного на км 381+450 автомобильной дороги Р-215 Астрахань - Кочубей - Кизляр - Махачкала рядом с селом Геметюбе в республике Дагестан.

Рис. 1 Принятая нумерация балок

Балки пролетных строений 3- 11 изготовлены применительно к типовому проекту сооружений на автомобильных дорогах «Союздорпроект», выпуск 31, 1955 г. под нагрузки Н-18 и НК-80 (см. рис.1-5). Балки пролетных строений 1, 2, 12, 13 изготовлены применительно к типовому проекту «Пролетные строения из пустотных плит длиной от 12 до 18 м, армированные стержневой арматурой для мостов и путепроводов на автомобильных дорогах» серии 3.503.1-108 г. под нагрузки Н-30 и НК-80. Схема сооружения: 3*4,6 м - для старой части моста, 1*15,0 м - для уширенной части моста. Общий габарит сооружения Г-13,76 + 2*Т-1,03 м.

Главной особенностью данного малого мостового сооружения является то, что во время уширения путем добавления крайних балок Б1, Б2, Б12, Б13 данные балки не были объединены в совместную работу с существующими балками Б3-Б10. Вследствие этого при установке временной нагрузки на балки Б1, Б2, Б12, Б13 будет отсутствовать передача усилий на балки Б3-Б11. Для подтверждения данной гипотезы выполним пространственный расчет пролетного строения.

Выполним расчет с использованием программы Civil 2015 компании MIDAS Information Technology Co., Ltd.

Расчетная схема моста до ремонта: старая часть моста - балка разрезная, расчетный пролет м (балки 3-11 объединены между собой по шпонкам); уширенные части моста - балка разрезная, расчетный пролет м. Балки 1, 2 и 12, 13 объединены попарно по шпонкам. Трехмерная модель пролетного строения построена из стержневых элементов, для которых результатом расчета являются изгибающие моменты и поперечные силы (рис.6). Модель имеет 340 узлов и 415 балочных элементов.

Как было сказано выше, для доведения грузоподъемности данного моста до современных норм будет использована накладная монолитная плита. Данный вид усиления был выбран не случайно, так как, помимо увеличения грузоподъемности каждой балки пролетных строений в отдельности, он приведет к включению в совместную работу с балками Б3-Б11 балок Б1, Б2, Б12, Б13. Вследствие этого при установке временной нагрузки на балки Б1, Б2, Б12, Б13 будут наблюдаться перераспределение усилий на балки Б3-Б11 и уменьшение изгибающего момента в крайних балках. Для подтверждения данной гипотезы также выполним пространственный расчет.

Рис. 2 Общий вид моста до и после ремонта мостового полотна

Рис. 3 Поперечный разрез моста до и после ремонта мостового полотна

Рис. 4 Данные из типового проекта по балкам Б1, Б2, Б12, Б13

Рис. 5 Данные из типового проекта по балкам Б3-Б11

Рис. 6 Модель пролетного строения до ремонта

Расчетная схема после ремонта: у старой части моста - балка разрезная, расчетный пролет м (балки 2 - 1 объединены между собой по шпонкам); у уширенных частей моста - балка разрезная, расчетный пролет м. Балки 1, 2 и 12, 13 объединены попарно по шпонкам. При этом балки 2 - 12 также объединены в совместную работу накладной монолитной плитой с толщиной 0,34 м. Трехмерная модель пролетного строения (рис. 7) построена из стержневых элементов, для которых результатом расчета являются изгибающие моменты и поперечные силы.

Рис. 7 Модель пролетного строения после ремонта (красным обозначена накладная плита)

Модель имеет 305 узлов и 630 балочных элементов. Данная модель аналогична модели до ремонта, за исключением того, что добавлена монолитная плита поверх балок 2-12, которая объединяет их в совместную работу.

Схемы установки временных вертикальных нагрузок приведены на рис. 8-10.

Следует отметить, что существует проблема объединения существующих конструкций в совместную работу с монолитной накладной плитой. Так называемое «проскальзывание» монолитной плиты по существующим конструкциям не только не улучшает, а напротив, ухудшает грузоподъемность сооружения. Самым логичным вариантом решения данного вопроса является установка закладных анкеров в существующие конструкции с последующей приваркой к элементам арматурного каркаса монолитной накладной плиты. Данное решение позволяет полностью исключить «проскальзывание».

Известно, что бетон монолитной накладной плиты должен работать только на сжатие. Данную проблему можно решить путем искусственного регулирования усилий. Суть данного метода состоит в том, что для полного включения накладной монолитной плиты в работу на сжатие, перед непосредственным устройством плиты производится устройство строительного подъема путем поддомкрачивания середины пролетного строения. Затем после бетонирования и набора прочности бетона плиты домкраты убираются, пролетное строение опускается вниз и тем самым производится искусственное регулирование усилий в виде включения накладной плиты в работу только на сжатие.

Рис. 8 Схема установки временных вертикальных нагрузок до ремонта моста

Рис. 9 Схема установки временных вертикальных нагрузок после ремонта моста

Рис. 10 Схема установки временных вертикальных нагрузок а. Нагрузка АК б. Нагрузка НК

Результаты выполненных расчетов приведены на рис. 11-16 и в табл. 1, 2.

Рис. 11 Максимальные прогибы от действия нормативных нагрузок до усиления (собственный вес + А14 (второй случай) для балок 1, 2, 12, 13 - максимальное значение в узле 209 - 28,2 мм; собственный вес + Н14 для балок 3-11 - максимальное значение в узле 256 - 3,6 мм)

Рис. 12 Максимальные прогибы от действия нормативных нагрузок после усиления (собственный вес + А14 (второй случай) для балок 1, 2, 12, 13 - максимальное значение в узле 274 - 0,20 мм; собственный вес + А14 (второй случай) для балок 3-11 - максимальное значение в узле 202 - 0,18 мм)

Рис. 13 Эпюра изгибающих моментов от действия расчетных нагрузок для балки 3 (собственный вес + Н14) до усиления накладной плитой (максимальное значение в элементе 182 - 16,11 т/м)

Рис. 14 Эпюра изгибающих моментов от действия расчетных нагрузок для балки 2 (собственный вес + А14 (второй случай)) до усиления накладной плитой (максимальное значение в элементе 437 - 104,07 т/м)

Рис. 15 Эпюра изгибающих моментов от действия расчетных нагрузок для балки 6 (собственный вес + Н14) после усиления накладной плитой (максимальное значение в элементе 127 - 3,01 т/м)

Рис. 16 Эпюра изгибающих моментов от действия расчетных нагрузок для балки 2 (собственный вес + А14 (второй случай)) после усиления накладной плитой (максимальное значение в элементе 429 - 8,37 т/м)

Таблица 1 Сводная таблица результатов расчета до усиления моста

Таблица 2 Сводная таблица результатов расчета после усиления моста

По результатам проведенного расчета моста можно сделать следующие выводы:

- до проведения усиления накладной плитой грузоподъёмность сооружения была не достаточной для пропуска автомобильной нагрузки класса А14, тяжелой одиночной нагрузки массой 100,0 т (по схеме Н-14). Расчеты показали, что снижение грузоподъёмности по первому предельному состоянию составляет: максимальный перегруз по моменту - 28,7 %, максимальный перегруз по перерезывающей силе - 12,5 %, превышение расчетного сопротивления бетона по сжатию - 78,7 %;

- после производства работ по усилению моста с устройством накладной монолитной плиты и ее включением в общую работу с балками пролетного строения по мосту возможен пропуск автомобильной нагрузки класса А14, тяжелой одиночной нагрузки массой 100,0 т (по схеме Н-14). Превышение грузоподъемности по первому предельному состоянию составляет: по моменту 79,9 %, по перерезывающей силе 22 %, по расчетному сопротивлению бетона на сжатие 61,8 %.

Таким образом, устройство накладной плиты при незначительных затратах позволит сохранить существующие конструкции, при этом увеличив грузоподъемность малого моста для пропуска современных нагрузок.

Литература

1. Овчинников И.Г. Развитие технических нормативов, используемых при проектировании и строительстве мостовых сооружений: учеб. пособие / И.Г. Овчинников, П.П. Ефимов, Ю.П. Скачков. - Пенза: ПГАСА, 2002. - 96 c.

2. Овчинников И.Г. Диагностика мостовых сооружений: моногр. / И.Г. Овчинников, О.Н. Распоров, В.И. Кононович. - Саратов: СГТУ, 2003. - 181 c.

3. Овчинников И.Г. Старые мостовые нормы и технические указания по проектированию и строительству мостовых сооружений: учеб. пособие / И.Г. Овчинников.- Саратов: СГТУ, 2004. - 88 с.

4. Ефимов П.П. Нормы проектирования мостовых сооружений. История развития: учеб. пособие / П.П. Ефимов, А.А. Пискунов. - Казань: КазГАСА, 2004. - 84 c.

5. Мигунов В.Н. Проектирование строительства и реконструкции зданий и сооружений, эксплуатирующихся в агрессивных средах: учеб. пособие / В.Н. Мигунов, Р.Б. Гарибов, С.Н. Степанов. - Саратов: ИЦ «Рата», 2008. - 151 c.

6. Определение грузоподъемности мостовых сооружений на автомобильных дорогах. Общие положения по определению грузоподъемности мостовых сооружений: методические указания по курсу «Диагностика и реконструкция мостов и тоннелей» / А.Н. Маринин, Ш.Н. Валиев, Г.Н. Овчинникова, С.В. Жаденова; СФ МГАДТУ. - Саратов: Изд-во «Кубик», 2011. - 12 c.

7. Определение грузоподъемности мостовых сооружений на автомобильных дорогах. Определение грузоподъемности железобетонных пролетных строений: методические указания по курсу «Диагностика и реконструкция мостов и тоннелей» / А.Н. Маринин, Ш.Н. Валиев, Г.Н. Овчинникова, С.В. Жаденова; СФ МГАДТУ. - Саратов: Изд-во «Кубик», 2011. - 20 с.

8. СП 35.13330.2011 СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы. Актуализированная редакция. - М., ОАО ЦПП, 2011. - 341 с.

9. ВСН 32-89. Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов. - М.: ОАО ЦПП, 2000. - 167 с.

10. ОДН 218.0.032-2003. Временное руководство по определению грузоподъемности мостовых сооружений на автомобильных дорогах. - М.: ОАО ЦПП, 2003. - 120 с.

11. Типовой проект сооружений на автомобильных дорогах / Союздорпроект. - Вып. 31. - М., 1955. - 42 с.

12. Типовой проект «Пролетные строения из пустотных плит длиной от 12 до 18 м, армированные стержневой арматурой для мостов и путепроводов на автомобильных дорогах серии 3.503.1-108». - М., 1999. - 25 с.

Размещено на Allbest.ru