Сучасні проблеми застосування температурно-нерозрізних прольотних будов

Размещено на http://allbest.ru

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

УДК 624.21

Сучасні проблеми застосування температурно-нерозрізних прольотних будов

Кіслов О.Г. , к.т.н., професор,

Безбабічева О.І. , к.т.н., доцент,

Бугаєвський С.О., к.т.н., доцент

м. Харків

Температурно-нерозрізні прольотні будови мостів почали застосовувати з метою скорочення кількості деформаційних швів та підвищення комфортності проїзду [1]. Починаючи з 1966 р. у світовому мостобудуванні набувають розповсюдження конструкції прольотних будов, які монтуються з розрізних балок, з об'єднанням їх в перерізах над опорами у рівні плит проїзної частини у ланцюги різної довжини тим чи іншим засобом [2]. Такі „безшовні мости” (jointless bridges) у CША будувались з 1930-х років [3] з метою забезпечити: підвищення строку служби; зниження експлуатаційних витрат; економічність конструкції; естетичний вигляд.

Дослідження стану 105 таких споруд [4] показали, що прольотні будови функціонували з незначним тріщиноутворенням і в основному знаходяться в кращому стані, ніж конструкції зі стиками.

У 1987 р за звітами 28 штатів США відмічені переваги „безшовних мостів” і кількість таких конструктивних рішень значно збільшилась [5]. В зв`язку з відсутністю стандартів на проектування таких конструкцій прольотних будов, у різних штатах відмічалась різноманітність рішень. Найбільша довжина для композитних (складених) прольотних будов варіювалась від 200 до 500 футів (60 - 150 м), для попередньо-напружених - від 200 до 800 футів (60 - 240 м), для монолітних - від 150 до 800 футів (45 - 240 м) [6]. Однак, ці параметри раціонально не були обґрунтованими, а приймались у кожному штаті, виходячи з рівня комфортності проїзду.

Температурно-нерозрізними названі розрізні прольотні будови, об'єднані між собою в рівні плити проїзної частини або центра ваги балок, у результаті чого при температурних впливах вони працюють як нерозрізні, а при вертикальних - як розрізні. Температурно-нерозрізними можуть бути також прольотні будови консольних систем, у яких консолі об'єднані з підвісними прольотними будовами.

Конструкція вузла сполучення повинна забезпечувати безперервність дорожнього одягу й сприймати зусилля, що виникають у ланцюзі прольотних будов, не перешкоджаючи їх поворотам.

Ланцюги прольотних будов переважно формуються таким чином, щоб поздовжні переміщення прольотних будов відбувалися в обидва боки від середини ланцюга. У цьому випадку можливо більш ефективне використання конструкції деформаційних швів й опорних частин.

У температурно-нерозрізні прольотні будови поєднують:

а) ребристі прольотні будови

- по плиті проїзної частини в межах всієї ширини прольотної будови або її частини;

- по поздовжнім стикам, що бетонуються, з відділенням бетону стику на частини його довжини від плити;

- за допомогою стикових накладок або металевих шпонок та іншими способами, при яких елемент об'єднання має достатню вільну довжину, деформується при впливах тимчасового рухомого навантаження і не слідує за деформаціями балки;

б) плитні прольотні будови

- за допомогою стикових накладок;

- по поздовжніх шпонкових швах;

в) прольотні будови з дорожнім одягом із щільного бетону, що виконує гідроізолюючі функції звичайно поєднують по вирівнюючему шару. При об'єднанні збірних прольотних будов по плиті проїзної частини балки останнім часом виготовляють з плитою, що недобетонована на кінцях і має горизонтальні випуски.

На температурно-нерозрізній прольотній будові можлива конструкція дорожнього одягу із застосуванням цементобетонного покриття або бетонного шару, що вирівнює, який виконує гідроізолюючі функції.

Область застосування різних способів об'єднання прольотних будов у температурно-нерозрізні і довжини ланцюгів за методикою визначаються конструктивними особливостями конкретних прольотних будов, можливістю здійснити «розумне» армування вузлів шарнірних сполучень, наявними конструкціями опорних частин і деформаційних швів.

При об'єднанні прольотних будов металевими тягами, їх установлюють попарно в надопорних перетинах балок суміжних прольотних будов у рівні їхніх центрів ваги або вище його [2]. Кількість пар тяг, установлюваних на балках у поперечному перерізі прольотної будови, визначають розрахунком залежно від величини поздовжнього зусилля в них. Мінімальна кількість пар тяг - дві, які встановлюють на балках симетрично щодо поздовжньої осі прольотної будови.

Для аналізу роботи температурно-нерозрізних прольотних будов велике значення мають дані реальних випробувань існуючих конструкцій. В межах програми моніторингу „безшовних мостів”, побудованих з 2001 р у США, були виконані дослідження конструкцій, в яких застосовані з`єднувальні плити з матеріалу складної композиції ЕСС (engineered cementitious composites).

За матеріалами [7] випробування конструкції проводили як під час будівництва бетонної з`єднувальні плити, так і після його закінчення. Прольотна будова випробувалась на статичні та динамічні навантаження (рисунок 1-3), також було запропоновано обладнання для моніторингу таких систем.

Рис. 1. Схема споруди та з`єднувальної плити (за даними [7]).

Рис. 2. Розміщення датчиків для визначення переміщень та кута повороту плити (за даними [7]).

Рис. 3. Схема статичного та динамічного завантаження прольотної будови (за даними [7]).

Експериментальні статичні випробування з`єднувальної плити на дію тимчасового рухомого навантаження HS 25-45 були проведені при реконструкції сталезалізобетонного мосту в штаті Мічиган в жовтні 2005 р. Деформації плити визначались за допомогою контрольних приладів (бездротових датчиків) [8] відразу після її улаштування (рисунок 4).

На підставі аналізу результатів польових та лабораторних випробувань на комплекс навантажень, що наближаються до експлуатаційних, удосконалюється склад матеріалу плити [8, 9].

Рис. 4. Статичні випробування з`єднувальної плити на дію тимчасового рухомого навантаження HS 25-45 (проведення натурних випробувань після улаштування, прилади для виміру деформацій) (за даними [7]).

При дослідженнях умов роботи з`єднувальної плити [3, 9-12] визначаються зони її відокремлення від балок, загальна довжина, пропонуються нові матеріали, які забезпечують підвищення тріщиностійкості в експлуатаційних умовах, та нові конструктивні рішення (рисунок 5-6).

Рис. 5. Схеми роботи плити та визначення зон об`єднання для сталезалізобетонних конструкцій (за даними [3] та [11]).

Конструктивні рішення температурно-нерозрізної проїзної частини останнім часом широко застосовують в проектах ремонту існуючих споруд. При цьому необхідно передбачити заміну опорних частин, здатність опор працювати на додаткові горизонтальні зусилля та ін. [13].

Об'єднання розрізних прольотних будов у температурно-нерозрізні шляхом виключення конструкцій деформаційних швів може бути виконано при ремонті та реконструкції мостів.

Рис. 6. Схеми роботи з`єднувальної плити та конструктивні рішення (за даними [12]).

Об'єднання прольотних будов, які необхідно поширити здійснюють за допомогою накладної монолітної або збірної плити або по поздовжнім бетонуємим стикам (з улаштуванням поздовжніх прорізів), якими приєднують нову частину прольотної будови у випадку збільшення ширини не менш чим в 1,5 рази. При розширенні або посиленні прольотних будов монолітною або збірною залізобетонною плитою прольотні будови, що сполучають, поєднують по плиті з відділенням її від нижче розташованої конструкції на необхідній довжині, обумовленої розрахунком.

Розрахунки температурно-нерозрізних схем в Україні виконують, в основному, за існуючою літературою [2, 14] та ДБН В.2.3-14:2006 Мости і труби. Правила проектування. Подібна методика розрахунків описана в [11, 12, 15]. Окремі ексклюзивні розрахунки за допомогою сучасних програмних комплексів, що застосовують метод кінцевих елементів, дозволяють моделювати просторову роботу температурно-нерозрізних конструкцій [16] в умовах різних навантажень (рисунок 7). Проте, такі методики розрахунків ще не досить відпрацьовані і потребують певної кваліфікації виконавців.

Рис. 7. Приклад просторового розрахунку за програмою ANSIS [16].

Розрахунок прольотних будов, об'єднаних у температурно-нерозрізний ланцюг, починають із визначення величин переміщень її кінців для ухвалення рішення про кількість прольотів, що замикають у ланцюг.

Критерієм раціональної довжини ланцюгу є максимальне використання можливості прийнятого типу опорних частин і конструкцій деформаційних швів на її кінцях.

Поздовжні переміщення в ланцюзі прольотних будов визначають щодо нерухомого перерізу ланцюга в рівнях деформаційних швів та опорних частин. безшовний композитний прольотний мост

Прольотні будови, поєднані в температурно-нерозрізні, повинні бути розраховані на додаткові зусилля, що виникають при роботі їх у ланцюзі прольотних будов, а їх елементи (плита проїзної частини, ребро балки, бетон поздовжнього стику) перевірені на зусилля, що діють у них, з урахуванням змін їх перерізу та відповідним чином армовані.

Удосконалення конструктивних рішень температурно-нерозрізних прольотних будов та методик розрахунків потребують моніторингу відповідних конструкцій та аналізу і систематизації даних про стан вузлів об`єднання, деформаційних швів, опорних частин, стоянів та зон сполучення з насипами. В окремих країнах подібні дослідження виконуються [5, 17]. Так, за даними [17] були обстежені 18 мостів у штаті Вашингтон, серед яких були так звані „полуоб`єднані безшовні”, які показали себе добре в експлуатації при косині до 30 градусів. Масштабні дослідження стану нерозрізних мостів, зокрема, „полуоб`єднаних безшовних”, за даними опитувань респондентів 50 штатів оприлюднені на Конференції „Integral Abutment and Jointless Bridges” (IAJB 2005) [18].

На жаль, такі дані в вітчизняних науково-технічних публікаціях практично відсутні.

Висновки

1 Удосконалення конструктивних рішень температурно-нерозрізних прольотних будов та методик розрахунків потребують моніторингу відповідних конструкцій та аналізу і систематизації даних про стан вузлів об`єднання, деформаційних швів, опорних частин, стоянів та зон сполучення з насипами.

2 Дані обстеження мостів галузевою лабораторією кафедри мостів, конструкцій та будівельної механіки ХНАДУ свідчать, що об'єднання двотаврових балок тільки по поздовжнім бетонуємим стикам шириною 50 см приводить до руйнування асфальтобетонного покриття над проміжними опорами під час експлуатації споруди.

3 У зв'язку з низьким рівнем догляду за температурно-нерозрізними прольотними будовами з боку експлуатаційних організацій найбільш довговічними в плані забезпечення температурних та силових деформацій виявились гумові опорні частини, тому їх потрібне рекомендувати при будівництві та ремонті мостів.

Бібліографія

1. Захаров Л.В., Колоколов Н.М., Цейтлин А.Л. Сборные неразрезные железобетонные пролетные строения мостов. - М.: Транспорт, 1983. - 232 с.

2. Методические рекомендации по применению конструкций температурно-неразрезных пролетных строений, РОСАВТОДОР: Утв. Распоряжением Минтранса России от 26.05.2003 г. №ОС-477-р. - М., 2003. - 60 с.

3. Bridge Decks Going Jointless. Cementititous Compossites Improve Durability of Link Slabs//Research Record. - №100 - August 2005.

4. Alampalli, S and A.P. Yannotti, 1998, In-Service Performance of Integral Bridges and Jointless Decks, Transportation Research Record 1624, Paper. - №98-0540, рр.1-7.

5. Russel H.G., Gerken, L.J., Jointless Bridge - the Knowns and the Unknowns // Concrete International, April 1994, pp. 44-48.

6. Robert J. Frosh, Ph.D., P.E. Jointless and Smoother Bridges: Joint Transportation Research Program/ School of Civil Engineering Purdue University.-Project No.C-36-56xx, File no. 7-4-49. - July, 1999.

7. Tsung-Chin Hou and Jerome P. Lynch, Rapid-to-Deploy Wireless Monitoring Systems for Static and Dynamic Load Testing of Bridges; validation on the Grove Street Bridge//SPIE 13^th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, San Diego, CA, February 26 - March 2, 2006.

8. Wang Y., Lynch J. P. and Law K. A wireless structural health monitoring system with multithreaded sensing devices: design and validation // Structure and Infrastructure Engineering, Taylor & Francis Group, United Kingdom, 2005.

9. Yun Yong Kim., Gregor Fischer., Victor C. Li, Performance of Bridge Deck Link Slabs Designed with Ductile ECC (2004).

10. Victor C. Li. Integrated structures and materials design // Materials and Structures, DOI 10.1617/s11527-006-9146-4, RILEM 2006.

11. Zia P., Caner A., El-Safte AK. Jointless bridge decks // Research project 23241-94-4. Center for Trans. Eng. Studies, North Carolina State, pp. 1-117.

12. Durable Link Slabs for Jointless Bridge Decks Based on Strain-Hardening Cementitious Composites: Final Report By Victor C. Li (Principal Investigator), G. Fischer, Y. Kim, M. Lepech, S. Qian, M. Weimann and S. Wang / The Advanced Civil Engineering Material Research Laboratory Department of Civil and Environmental Engineering. - University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109-2125, U. S. A. - November 16, 2003.

13. Мости: конструкції та надійність / Й.Й. Лучко, П.М. Коваль, М.М. Корнієв, А.І. Лантух-Лященко, М.Р. Хархаліс / за ред. В.В. Панасюка і Й.Й. Лучка. - Львів: Каменяр, 2005. - 989 с.

14. Методические рекомендации по проектированию и строительству температурно-неразрезных пролетных строений мостов на автомобильных дорогах. Союздорнии. - М., 1977. - 74 с.

15. Lepech M., Li V.C. .Design and Field demonstration of ECC link Slabs for Jointless bridge Decks Con Mat '05, Vancouver, Canada, August, 2005, CD-documents/1-05/ SS-GF-05_FP.pdf.

16. Ram Naren Mothe. Partial Continuity in Prestressed concrete girder Bridges with Jointless Decks., Osmania University, India, 1999, December 2006. - 152 p.

17. Van Lung, J A; Brecto B B. Jointless Bridges and Bridge Deck Joint in Washington State // Transport Research Record, №1688. - 1999. - р. 116-123.

18. Rodolfo F., Maruri P.E. and Samer H., Petro P.E. Integral Abutment and Jointless Bridges (IAJB) 2004 Survay Summary / „Integral Abutment and Jointless Bridges (IAJB 2005), Baltimore, Maryland, March 16-18, 2005. - p. 12-29.

Анотація

УДК 624.21

Сучасні проблеми застосування температурно-нерозрізних прольотних будов. Кіслов О.Г. , к.т.н., професор, Безбабічева О.І. , к.т.н., доцент, Бугаєвський С.О., к.т.н., доцент (Харківський національний автомобільно-дорожній університет, м. Харків)

Наведено сучасний досвід застосування температурно-нерозрізних конструкцій та перспективи розвитку їх в Україні.

Размещено на Allbest.ru