Конструктивні форми прогонових будов

Після встановлення схеми моста і призначення його основних розмірів проектувальник вибирає тип поперечного перерізу прогонових будов, а в разі застосування збірних конструкцій визначає систему членування споруди на монтажні елементи.

У нерозрізних і консольних балках і ригелях рам в перетинах у проміжних опор виникають негативні згинальні моменти, причому за абсолютною величиною вони, як правило, більше позитивних моментів в середині прольотів. Негативні моменти викликають появу стиснутої зони в нижній частині перетину.

При роботі перетину на позитивний момент в стислій зоні знаходиться плита проїжджої частини значної ширини, яка сприймає стискуюче зусилля. При дії негативного моменту в стислу зону потрапляє нижня частина перетину, яку доцільно розвивати, щоб конструкція була економічною.

Розвиток нижнього пояса призводить до перетину коробчатої форми, який отримав широке поширення в прогонових будовах середніх і великих прольотів. Нижня плита коробчатого перетину служить стислій зоною на ділянках балки, де діють негативні згинальні моменти, і дозволяє зручно розмістити попереднього напруження арматури в один-два ряди на ділянках з позитивними моментами. Великою перевагою замкнутого коробчатого перетину є його жорсткість при роботі на кручення. У порівнянні з незамкнутим перерізом тих же розмірів жорсткість може бути більше в десятки разів. Це істотно покращує роботу прогонової будови при дії ексцентричної навантаження.

Недолік коробчатого перетину - дещо більша складність виготовлення. Цей недолік успішно долається застосуванням сучасних способів виготовлення елементів прогонових будов.

Вибір типу поперечного перерізу залежить від прийнятого способу спорудження мосту. Так, для порівняно невеликих прольотів, коли в якості основних елементів нерозрізних балок використовують блоки прогонових будов з простими балками, виготовлені в стандартній опалубки, застосовують характерні для простих балок поперечним перерізом - таврові або двотаврові. Таврові перетину застосовані в проектах нерозрізних балок, що збираються на пересувних риштованні.

Для нерозрізних, консольних і рамних прогонових будов, що споруджуються способом навісного монтажу або навісного бетонування, характерні коробчаті перетину. Такі перетину використовують і в нерозрізних прогонових будовах, що споруджуються способом поздовжнього насування.

Форма коробчатих перерізів різноманітна. Для прогонових будов під автомобільну дорогу з проїзною частиною шириною до 15-20 м. Можна використовувати однокоробчатое поперечний переріз з розвиненими консолями (рис. 7.11, а). Стінки такого перетину часто роблять похилими, що дозволяє істотно зменшити ширину і обсяг опор. При більшій ширині моста, а також при необхідності зменшення ширини монтажних елементів за умовами виготовлення, перевезення та монтажу блоків прогонових будов застосовують перетин з двох або кількох коробок. При цьому, як правило, з'єднують монтажним поздовжнім швом краю консолей верхньої плити сусідніх коробок (рис. 7.11, б). Якщо умови виготовлення і транспортування блоків дозволяють застосувати коробку значної ширини, можна передбачити додаткову стінку (рис. 7.11, в), що зменшує проліт плити проїжджої частини. При цьому стає більш рівномірним розподіл по ширині плити нормальних напружень, що виникають при вигині прогонової будови.

Мал. 7.11 - Форми коробчатих перерізів

Поперечний переріз може складатися з окремих прямокутних коробок, з'єднаних шпонковими швами, в яких розташовують попередньо напружену арматуру (рис. 7.11, г).

У нерозрізних, консольних і рамних системах негативні моменти досягають значної величини, особливо при спорудженні прогонової будови навісним способом від опор до середин прольотів. Позитивні згинальні моменти від власної ваги конструкцій в цих системах не виникають. До опор збільшуються і діючі в перетинах поперечні сили. У більшості випадків доцільні спеціальні заходи для підвищення опору приопорних перетинів негативним изгибающим моментам і поперечним силам.

Несучу здатність опорних перетинів в порівнянні з перетинами в прольоті можна підвищити збільшенням товщини ребер, що одночасно зменшує головні напруження розтягу і кілька збільшує площу стиснутої зони. Якщо основне перетин має таврову або двутавровую форми, то у опор розташовують нижню плиту, яка може бути розширенням нижнього пояса, або замикають перетин, перетворюючи його в коробчатое. Якщо перетин в прольоті коробчатое, у опор збільшують товщину нижньої плити і стінок коробки.

Перераховані прийоми можуть бути використані при постійній висоті перетину балки на всій довжині, наприклад при виготовленні нерозрізних прогонових будов на насипу підходів з подальшим поздовжньої насувом, коли балку спирають на перекаточних опори нижнім поясом. Постійна висота перетину виявляється доцільною, так як спрощується технологія виготовлення (використання однієї зовнішньої опалубки для всіх частин прогонової будови), а іноді і по архітектурним міркувань.

Ефективний прийом - збільшення висоти перетину у опор. При цьому плече внутрішньої пари стає більше, тому можна зменшити товщину нижньої плити і кількість робочої арматури над опорою.

Для великих прольотів часто використовують кілька способів підвищення несучої здатності опорних перетинів. Поряд зі збільшенням висоти поперечного перерізу доданням нижньої межі балок або ригелів полігонального або криволінійного обрису збільшують товщину нижньої плити і стінок.

Для нерозрізних і консольних прогонових будов порівняно невеликих прольотів характерно полігональне обрис нижньої грана з пристроєм вутів у опор. При цьому висоту збільшують на 20-40% ухил вутів роблять не крутіше 1: 3 (рис. 7.12, а). Для більших прольотів (60 м. І більше) консольних балок і ригелів рам висоту перетину на опорі часто збільшують в 1,7-3,8 рази в порівнянні з січнем в прольоті (рис. 7.12, б).

Мал. 7.12 - Способи збільшення висоти перетину у опори

Криволінійний обрис нижньої межі ригелів і балок (рис. 7.12, в) дає найбільш раціональне зміна перетинів, відповідне обвідної епюрі моментів, і більш бажано по архітектурним міркувань. Незважаючи на деяке ускладнення опалубки і нестандартну форму блоків при збірної конструкції балки або ригеля, криволінійне обрис нижньої межі застосовують часто.

У нерозрізних і рамних системах збільшення моментів інерції перерізів у опор суттєво змінює епюри згинальних моментів, які в середній частині прольоту зменшуються, а у опор - збільшуються.

При виборі висоти перетину нерозрізних і консольних балок і ригелів рам становлять кілька варіантів на підставі ескізних розрахунків і, порівнюючи їх між собою, знаходять найбільш економічне рішення. Для первісного призначення розмірів поперечних перерізів можна використовувати наведені нижче рекомендації. У нерозрізних прогонових будовах мостів під залізницю, що споруджуються на місці з залізобетону без попереднього напруження, висота поперечного перерізу в середині прольоту становить 1 / 16-1 / 20l. Мости під автомобільну дорогу тієї ж конструкції мають висоту перетину балок ≈1 / 20-1 / 35l.

В автодорожніх мостах з переднапруженого залізобетону з прольотами більше 60 м. І різким збільшенням висоти перерізу балок або ригелів рам до опор висота перетину на опорі становить, як правило 1 / 15-1 / 25l.

Висота перерізу в середині прольоту залежить від системи прогонової будови. Для нерозрізних балок застосовують висоту 1 / 27-1 / 40l і навіть до 1 / 47l. У консольних балкових і рамних мостах з підвісними балками висота залежить від прольоту підвісних балок. У консольних і рамних мостах з шарніром в середині прольоту висоту перетинів призначають невеликий (1 / 37-1 / 64) l.

Розподіл навантаження в поперечному до осі моста напрямку і опір силам, які прагнуть спотворити форму поперечного перерізу головних балок, забезпечується пристроєм поперечних діафрагм, а при їх відсутності - за рахунок роботи на вигин плити, як і для простих балок. Коробчатий перетин як замкнутий контур має велику твердість при роботі на кручення, і тому забезпечує включення всієї коробки в роботу на вигин навіть при несиметричному розташуванні навантаження. Тому при використанні коробчатого перетину часто не влаштовують поперечні діафрагми по довжині прольоту, обмежуючись діафрагмами на опорах і у шарнірів, де на ригель або балку, передаються великі зосереджені сили.

При прольотах більше 70-80 м. Тавровий двотаврова форма перетину в більшості випадків виявляється неекономічною в порівнянні з коробчатой, принаймні для ділянок з негативними моментами. Для підвісних балок доцільно застосовувати двутавровую форму перетину.

Сумарну товщину стінок прогонових будов в перерізі над опорою при прольотах більше 100 м. Можна наближено призначити в межах 1 / 15-1 / 20, а при наявності двухосного попереднього напруження до 1/30 висоти перерізу.

При порівняно невеликих прольотах і тавровому або двотаврових поперечному перерізі блоків відстань між ребрами в здійснених конструкціях становить 2-5 м, збільшуючись при більших прольотах.

Стінки коробчатих перерізів в залежності від прольоту моста і ширини проїзної частини підтримують плиту на відстані до 10-15 м. При призначенні розмірів коробчатого перетину слід мати на увазі, що напруження при згині балки розподіляються нерівномірно по ширині плити. Епюра цих напруг має максимуми біля місць примикання стінок до плити. Напруги зменшуються в міру віддалення від стінок. При цьому фактичні максимальні напруги можуть бути істотно вище отриманих за розрахунком в припущенні рівномірного розподілу напружень. Тому необхідно розподіляти стінки рівномірно по ширині плити, а також влаштовувати вути - потовщення плити біля стін. Бажано сполучати лінії внутрішніх поверхонь плити, вутів і стінок за допомогою кривих.

Для зменшення товщини підготовки під покриття проїжджої частини верхньої плиті в поперечному напрямку надають ухили, достатні для відводу води. У прогонових будовах під залізницю, як правило, мають у своєму розпорядженні дві стінки під шлях з відстанню між ними 1,8-2,4 м.

Товщину плити проїжджої частини визначають з умов її роботи на вигин в поперечному напрямку або на ділянках з позитивним изгибающим моментом з урахуванням роботи на стиск в складі всього перерізу ригеля. Бажано, щоб в обох випадках товщина плити була приблизно однаковою, що можливо при відносно невеликій відстані між ребрами.

Товщину стінок визначають розрахунком балок або ригелів на головні напруження, величина яких залежить від поперечних сил. На ділянках з невеликими поперечними силами товщину стінок призначають за умовами якісного бетонування.

Товщина нижньої плити на ділянках з негативними изгибающими моментами визначається роботою плит на стиск в складі всього перерізу. При значному прольоті балок або ригелів нижня плита у опор може мати досить велику товщину (40-70 см), а для особливо великих прольотів - до 120 см. На ділянках з позитивними изгибающими моментами товщина нижньої плити може бути мінімально допустимої технічними умовами проектування.

Членування конструкції нерозрізних, консольних і рамних систем зі збірного залізобетону на монтажні елементи призначають з урахуванням вимог технології виготовлення і монтажу. Розміри і вага елементів залежать від способу їх виготовлення та подачі на монтаж, а також від вантажопідйомності монтажних кранів.

При невеликих прольотах (до 40-50 м) в ряді випадків доцільно використовувати технологічну оснастку, яка застосовується на заводах і полігонах для виготовлення простих балок. В цьому випадку нерозрізними пролетное будова має поздовжні монтажні шви, а також поперечні монтажні стики, розташовані над опорами або в прольотах, в перетинах з найменшими изгибающими моментами (рис. 7.13). У першому випадку технологія монтажу простіше, так як монтажні блоки можна встановлювати краном на постійні опори, однак стик, розташований в перерізі з найбільшим изгибающим моментом, виходить складніше. У другому випадку кількість арматури в стику значно менше, але при монтажі необхідно підтримувати кінці балок за допомогою тимчасових опор або іншим способом для освіти стику.

Мал. 7.13 - Варіанти розташування монтажних стиків

Для підвищення тріщиностійкості стиків бажано створювати в них попереднє напруження, хоча є приклади комбінованих конструкцій з попередньо напружених балок, що з'єднуються стиками без напруження.

Консольні прогонові будови при невеликих прольотах можна членувати тільки поздовжніми швами. В цьому випадку консольні і підвісні балки виготовляють цілком і на монтажі з'єднують шарнірами. Широке поширення в нерозрізних, консольних і рамних системах отримали поперечно членування конструкції з клейовими поперечними стиками без поздовжніх стиків. Якщо поперечний переріз складається з декількох коробок, влаштовують поздовжні стики в плиті. Поперечні клейові стики обжимаються робочою арматурою і можуть вважатися равнопрочность основної конструкції. Відстань між стиками визначається вантажопідйомністю монтажних кранів. Раціональний вага блоку зазвичай становить 40-60 т, хоча є приклади монтажу навісним способом блоків вагою до 180 т.

Іноді застосовують вторинне членування монтажних елементів заводського виготовлення, що допускає бетонування елементів на вібростолах і виготовлення їх на спеціалізованих потокових лініях, призначених для плит. Елемент коробчатого перетину розчленовують на кілька плоских плит (рис. 7.14) - верхню плиту проїжджої частини, стінки і нижню плиту. На заводі ці плити виготовляють окремо, а на будівельному майданчику збирають в монтажний елемент коробчатого перетину. Збірку можна виконувати на спеціальних підмостках на березі або на підвісних пересувних риштованні, що прикріплюються до раніше зібраної частини прогонової будови.

Мал. 7.14 - коробчатий перетин, складене з плоских плит