CC BY
13
УДК 624.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ С НИЖНЕЙ СВОДЧАТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ПЕШЕХОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ
A.A. Комлев, С.А. Макеев, Ю.В. Краснощекое ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия
Аннотация. В статье рассмотрены пути совершенствования конструкций перекрытий ма-лозаглубленных подземных пешеходных переходов. Предложено новое конструктивное решение сборно-монолитных перекрытий малозаглубленных подземных пешеходных переходов с нижней сводчатой поверхностью, выполненных на несъемной опалубке из арочного профилированного настила. Проведена оценка напряженно-деформированного состояния перекрытий в линейной и нелинейной постановке, выполнено сравнение. Проведено сравнение технико-экономических показателей основных типов перекрытий подземных пешеходных переходов.
Ключевые слова: малозаглубленные тоннели, подземные пешеходные переходы, сборно-монолитное перекрытие, распорное взаимодействие элементов.
ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия в крупных городах особо острой стала проблема аварийности на дорогах. Данная проблема во многом определяется высокими темпами роста личного автотранспорта населения и дорожно-транспортной сетью, которая не рассчитана на такое количество автомобилей. И хоть дорожно-транспортная сеть постоянно модернизируется и расширяется, темпы модернизации слишком низки.
Ежегодно по всей территории России из-за ДТП погибает от 25000 до 30000 человек [1]. Из них примерно 25% это пешеходы, которые являются самой уязвимой группой участников дорожного движения.
Для обеспечения безопасности пешеходов транспортные и пешеходные потоки следует расположить в разных уровнях. И в этом помогают подземные и надземные переходы. О достоинствах и недостатках, которых говорит большое количество работ [2, 3]. Главным недостатком надземных переходов является их высота, что делает их малоприемлимыми для маломобильных групп населения. А подземных переходов их высокая стоимость. Но в итоге все сходятся во мнении, что для городов использование подземных переходов предпочтительнее. Правда есть мнения, что от переходов стоит вообще отказаться вовсе [4], но статистика ДТП убедительно доказывает их неправоту.
Подземные пешеходные переходы по сво-
ей сути являются тоннелями мелкого заложения, так как их глубина не превышает 10 м от поверхности земли [5]. По очертанию, в основном, они имеют прямоугольную форму, хотя встречаются круглой и овальной. Возводят их открытым способом из сборных железобетонных элементов, а так же монолитного литья, хотя возможна замена железобетонных и иных конструкций на металлические гофрированные конструкции [6, 7].
У сборных железобетонных элементов в конструкциях подземных переходов есть ряд недостатков:
- большое количество стыковочных швов, из-за наличия которых страдает герметичность перехода;
- сложность доставки некоторых элементов сборных конструкций;
- ограниченный типоразмер;
- слабая архитектурная выразительность.
Также к недостаткам следует отнести то,
что при проектировании переходов не учитывается совместная работа конструкций. А так же совместная работа перекрытий с дорожной одеждой. Что ведет к завышенным запасам жесткости и прочности, и как следствие стоимости.
В настоящее время существует несколько путей совершенствования перекрытий подземных переходов для снижения их стоимости.
Первый путь, учет совместной работы перекрытия с конструкцией дорожной одежды.
Исследования в этом направлении велись в Московском автомобильно-дорожном институте [8, 9]. Было установлено, что прогибы конструкций перекрытия при учете совместной работы составили лишь 30% от расчетных. Для улучшения совместной работы требуется обеспечить сцепление между перекрытием и дорожными одеждами путем нанесения насечек на поверхность перекрытия. Что для сборных конструкций не желательно, так как может привести к повреждению самой конструкции перекрытия, а так же приведет увеличению трудозатрат.
Второй путь, учет совместной работы перекрытий с конструкциями стен, колонн и т.д. Было выполнено огромное количество исследований по изучению совместной работы конструкций [10, 11]. Во всех работах получался один и тот же вывод - выявление и учет совместной работы элементов дают экономический эффект и указания для более правильного конструирования.
Третий путь, применение новых конструктивных оешений пеоешытий [12. 131.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЕРЕКРЫТИИ В МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ПЕШЕХОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ
С целью снижения расхода материалов, сокращения трудовых затрат, снижения количества стыков, а так же максимальным сцеплением с дорожными одеждами была разработана новая конструкция сборно-монолитного перекрытия малозаглубленных подземных пешеходных переходов с применением несъемной опалубки из предварительно гнутого профилированного настила.
Оно представляет собой монолитную плиту с плоской верхней гранью и переменной высотой сечения, увеличивающейся к опорам (Рис. 1). Нижняя сводчатая поверхность описана параболой, которая образуется путем укладки на ригели, сборные или монолитные, несъемной опалубки из листов профилированного настила в виде пологих арок. Профна-стил крепят к ригелям, которые располагаются поперек гофр профилированных листов в их торцевых стыках. Пологая арка имеет вылет 1
Рисунок 1 - Фрагмент монолитного перекрытия подземного перехода с нижней сводчатой
поверхностью:
1 - монолитное перекрытие, 2 - сборные железобетонные балки,
3 - несъемная опалубка из профнастила
стрелы П=1/20-1/30 длины пролета. Толщина бетона в середине пролета не менее 70 мм.
Для обеспечения неразрезности конструкции предусматривается надопорное армирование. Также возможно использование проти-воусадочной арматуры. Для распорных связей применяются железобетонные балки или арматура из высокопрочной стали с предварительным напряжением.
В описанной конструкции в наибольшей степени реализовано влияние распорного взаимодействия перекрытия, которое требует детального исследования.
Данный тип перекрытий может применяться в одно, двух и трехпролетных конструкциях перекрытий подземных переходов при различных пролетах до 9 м (Рис. 2).
С целью оценки прочности сборно-монолитных перекрытий подземных переходов с нижней сводчатой поверхностью проведены исследования напряженно-деформированного состояния арочных фрагментов перекрытий. Было выполнено моделирование арочных фрагментов шириной 245 мм из объемных конечных элементов размерами 35x35x35мм.
Расчет проводился с учетом нелинейных характеристик материала. При задании его жесткости использован трехлинейный закон деформирования с характеристиками тяжелого бетона класса В15.
Расчет в нелинейной постановке позволяет оценить нагрузку, при которой происходит образование трещин в материале, а также деформации с учетом перераспределения усилий.
Разрушение бетона сжатой зоны происходит, когда выполняется условие аь> Rb, а появление трещин в растянутой зоне аы> Rbt.
Расчет проводился на действие распределенных нагрузок. Распределенная нагрузка д изменялась от 1 кН/м2 до 12 кН/м2. Влияние армирования в расчете не учитывалось. Расчетная схема приведена на рис. 3.
По результатам расчетов были получены прогибы, сжимающие и растягивающие напряжения, сведения о состоянии материала в конструкциях перекрытий, наличии трещин и разрушенных участков.
При загружении распределенной нагрузкой перекрытия пролетом 6 м трещины появляются при нагрузке 7,5 - 8 кН/м2 в приопорной
Рисунок 2 - Варианты сборно-монолитного перекрытия подземного перехода с нижней сводчатой
поверхностью:
а) однопролетные, б) двухпролетные, в) трехпролетные
Рисунок 3 - Расчетная схема арочных фрагментов
верхней части плиты. При загружении перекрытия пролетом 9 м отмечено появление трещин при нагрузке 3,5 - 4 кН/м2.
На рис. 4 изображены изополя напряжений в перекрытии пролетом 6 м от распределенной нагрузки q = 12 кН/м2, обозначены зоны с
максимальными сжимающими и растягивающими напряжениями.
В таблице 1 приведены значения прогибов, напряжений и состояния бетона на различных этапах загружений в нелинейной /линейной постановке.
Таблица 1
ПОКАЗАТЕЛИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ ПРОЛЕТОМ 6 И 9 М ОТ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ НАГРУЗКИ
Я, кН/ Прогиб у, мм. кН/м2 кН/м2 Объем материала с трещинами, %
м2 1=6000 1=9000 1=6000 1=9000 1=6000 1=9000 1=6000 1=9000
1 0,91 2,49 900 1500 558 751 0 2,9
0,86 2,56 849 1480 562 872
2 1,18 3,27 1160 2000 691 751 0 7,7
1,12 3,30 1116 1920 697 1046
3 1,46 4,08 1420 2530 750 751 1,5 12,9
1,34 4,05 1383 2370 831 1223
4 1,76 4,90 1720 3080 751 751 7,6 15,6
1,65 4,79 1650 2810 965 141
5 2,06 5,73 2030 3640 751 751 11,7 18,5
1,91 5,54 1917 3260 1100 1578
6 2,37 6,57 2350 4220 751 751 12,8 21,5
2,18 6,25 2185 3680 1234 1746
7 2,69 7,42 2690 4810 751 751 14,9 22,7
2,44 7,04 2452 4150 1368 1933
8 3,00 8,27 3030 5400 751 751 17,7 24,0
2,70 7,79 2719 4600 1503 2110
9 3,32 9,12 3370 6000 751 751 18,5 24,7
2,97 8,54 2986 5040 1637 2280
10 3,65 9,97 3720 6600 751 751 20,7 25,4
3,23 9,29 3254 5490 1771 2465
11 3,97 10,8 4080 7210 751 751 21,1 25,9
3,49 10,0 3521 5870 1900 2642
12 4,30 11,7 430 7810 751 751 21,9 26,4
3,76 10,8 3788 6380 2040 2820
Таблица 2
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАРИАНТОВ ПЕРЕКРЫТИЙ
Варианты перекрытий L, м. П, м. С, мм. О, Марка про-флиста Расход материалов
кг/м2 м3/м2
Сборно-монолитное перекрытие по арочному профилированному настилу 6 0,2 100 Н57-750 43 0,25
6 0,3 100 Н60-845 37 0,25
Монолитное перекрытие 6 65 0,25
Сборное по серии 3.507-1 6 45 0,25
По результатам расчетов определен расход материалов для различных вариантов перекрытий с нижней сводчатой поверхностью.
Для сравнения приведены затраты стали для монолитного безбалочного перекрытия, сборного перекрытия по серии 3.507-1 и перекрытия с нижней сводчатой поверхностью. Для наглядности варианты подобраны таким образом, чтобы расход бетона был одинаковым. Показатели расхода стали и бетона приведены в табл. 2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, разработанное конструктивное решение сборно-монолитных перекрытий малозаглубленных подземных переходов с нижней сводчатой поверхностью позволяет соединить в себе достоинства монолитных и сборно-монолитных конструкций. Они сопоставимы по расходу материалов с перекрытиями из сборного железобетона, имеют меньший расход материалов и требуют меньших трудозатрат по сравнению с перекрытиями из монолитного железобетона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акимова B.C. К вопросу о выборе типа пешеходного перехода / В. С. Акимова, К. Ю. Козина, К. А. Кадейкина. Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы VII Всерос-
сийской научно-практической конференции ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (с международным участием) / РААСН, СибАДИ. - Омск: СибАДИ, 2012 Кн.1. - 586 с. - с.3-8.
2. Гуревич Л.В. Справочник проектировщика городских дорог: справочное издание / Л. В. Гуревич, Ю. С. Ланцберг, К. И. Страхов. - М.: Стройиздат, 1968. - 366 с.
3. Фишельсон М.С. Транспортная планировка городов: учеб. пособие : допущено MB и ССО СССР для авто.-дор. спец. вузов / М. С. Фишельсон. - М.: Высшая школа, 1985. - 240 с.
4. Почему надо закопать подземные переходы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://varlamov.ru/1055487.html, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу: 30.07.2017)
5. Каменев С.Н. Транспортные сооружения: учебное пособие / С. Н. Каменев. - Волгоград: Ин-Фолио, 2010. - 368 с.
6. Моисеева О.В., Клевеко В.И. Учет безопасности движения пешеходов и стоимости строительства при выборе рационального типа пешеходного перехода // Мир науки и инноваций. - 2015. - Т. 8, № 2 (2). - с. 90-93.
7. Moiseeva O.V., Kleveko V.I. Choice of rational type of crosswalk with regard to the safety for pedestrians and the cost of construction // SWorldJournal. - 2015. - Vol. J21504. - No. 2 (9). - c. 3-5.
8. Клейн В.Г. Исследование работы конструкций перекрытий подземных пешеходных переходов / В. Г. Клейн, В. М. Стаин. Мо-
сковский автомобильно-дорожный институт. Прочность дорожных одежд и сооружений на автомобильных дорогах / МАДИ. - М.: МАДИ, 1985. - 126 с. - с .73-78.
9. Клейн В.Г. Лабораторные исследования моделей перекрытий подземных пешеходных переходов / В. Г. Клейн, В. М. Стаин.. Строительная механика машин и конструкций на автомобильных дорогах: сборник научных трудов / МАДИ. - М.: МАДИ, 1987. - 129 с. - с. 91-99.
10. Краснощекое Ю.В. Научные основы исследований взаимодействия элементов железобетонных конструкций: Дис,... д-ра техн. наук. - Омск; СибАДИ, 2001. - 345с.
11. Березов В.Н. Исследование совместной работы железобетонных плит и балок
сборных покрытий на вертикальные нагрузки: Автореф. дис.,.. канд. техн. наук. - Владивосток: ДПИ, 1975. -30с.
12. Назаретова, И. А. Исследование вопроса применения замкнутых секций из предварительно напряженного железобетона в конструкциях подземных пешеходных переходов: автореферат дис. ... канд. техн. Наук - Академия коммунального хозяйства. - М., 1965. - 22 е.: ил. - Библиогр.: с. 21.
13. Кожушко В.П. Исследование работы подземных пешеходных переходов прямоугольного очертания: автореферат дис. ... канд. техн. наук - ХИСИ. - Харьков, 1972. - 20 с.
14. Серия 3.507-1 «Сборные железобетонные конструкции для подземных пешеходных переходов» выпуск 1.
THE USE OF PRECAST-MONOLITHIC SLABS WITH THE LOWER VAULTED SURFACE IS SLIGHTLY DEEPENED IN UNDERGROUND PEDESTRIAN CROSSINGS
A.A. Komlev, S.A. Makeev, Y.V Krasnoshchekov
Abstract. The article considers the ways of improvement of designs of overlappings slightly deepened underpasses. The proposed new design solution for precast-monolithic slabs slightly deepened underground pedestrian crossings with the lower vaulted surface is made on a permanent form of arched profiled flooring. The evaluation of the stress-strain state of beams in linear and nonlinear formulation, are compared. A comparison of technical and economic parameters of basic types of overlaps underpasses.
Key words: weakly deepened tunnels, underground pedestrian crossings, precast-monolithic overlap, the spacer element interaction.
REFERENCES
1. Akimova V.S. K voprosu o vybore tipa peshehodnogo perehoda [The question of the choice of the type of pedestrian crossing]. Raz-vitie dorozhno-transportnogo kompleksa i stroi-tel'noj infrastruktury na osnove racional'nogo prirodopol'zovanija: materialy VII Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii FGBOU VPO "SibADI", Omsk, SibADI, 2012, pp. 3-8.
2. Gurevich L.V. Spravochnik proektirovsh-hika gorodskih dorog [Directory of designer urban roads]. Moscow, Strojizdat, 1968. 366 p.
3. Fishel'son M.S. Transportnaja planirovka gorodov [Transport planning of cities]. Moscow, Vysshaja shkola, 1985, 240 p.
4. Pochemu nado zakopat' podzemnye perehody [Why is it necessary to dig underground passages]. - Rezhim dostupa: http://varlamov.
ru/1055487.html, svobodnyj. - Zagl. s jekrana (data obrashhenija k resursu: 30.07.2017)
5. Kamenev S.N. Transportnye sooruzheni-ja: uchebnoe posobie [Transport facilities]. Volgograd, 2010, 368 p.
6. Moiseeva O.V., Kleveko V.I. Uchet bezopasnosti dvizhenija peshehodov i stoimosti stroitel'stva pri vybore racional'nogo tipa peshe-hodnogo perehoda [Safety of pedestrians and construction cost in the choice of rational type of pedestrian crossing]. Mir nauki i innovacij, 2015, № 2 (2), pp. 90-93.
7. Moiseeva O.V., Kleveko V.I. Choice of rational type of crosswalk with regard to the safety for pedestrians and the cost of construction [Choice of rational type of crosswalk with regard to the safety for pedestrians and the cost of construction] SWorldJournal, 2015, Vol.J21504, No.2 (9), pp. 3-5.
8. Klejn V.G. Issledovanie raboty konstrukcij perekrytij podzemnyh peshehodnyh perehodov [Laboratory Study of designs of overlappings pedestrian underpasses]. Prochnost' dorozhnyh odezhd i sooruzhenij na avtomobil'nyh dorogah, Moscow, MADI, 1985, pp .73-78.
9. Klejn V.G. Laboratornye issledovani-ja modelej perekrytij podzemnyh peshehodnyh perehodov [Laboratory models of slabs of underground pedestrian crossings]. Stroitel'naja mehanika mashin i konstrukcij na avtomobil'nyh dorogah: sbornik nauchnyh trudov, Moscow, MADI, 1987, pp. 91-99.
10. Krasnoshhekov Ju.V. Nauchnye osnovy issledovanij vzaimodejstvija jelementov zhele-zobetonnyh konstrukcij [The scientific basis of research of interaction of elements of reinforced concrete structures]. Dis,... d-ra tehn. nauk, Omsk, SibADI, 2001, 345 p.
11. Berezov V.N. Issledovanie sovmest-noj raboty zhelezobetonnyh plit i balok sbornyh pokrytij na vertikal'nye nagruzki [Research collaboration reinforced concrete slabs and beams precast coatings on vertical load]. Avtoref. dis. kand. tehn. nauk, Vladivostok, 1975, - 30 p.
12. Nazaretova, I. A. Issledovanie voprosa primenenija zamknutyh sekcij iz predvaritel'no naprjazhennogo zhelezobetona v konstrukcijah podzemnyh peshehodnyh perehodov [A study of the use of closed sections of prestressed concrete in the construction of underground pedestrian crossings]. Avtoref. dis. kand. tehn. nauk, Moscow, 1965, 22 p.
13. Kozhushko V.P. Issledovanie raboty podzemnyh peshehodnyh perehodov prjamou-gol'nogo ochertanija [A study of pedestrian underpasses rectangular shape]. Avtoref. dis.kand. tehn. nauk, Har'kov, 1972, 20 p.
14. Serija 3.507-1 «Sbornye zhelezobeto-nnye konstrukcii dlja podzemnyh peshehodnyh
perehodov» [Precast for pedestrian underpasses].
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Комлев Андрей Александрович (Омск, Россия) - преподаватель, кафедры «Строительные конструкции» Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета (СибАДИ). (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: [email protected]).
Komlev A.A. (Omsk, Russia) - teacher, Siberian state automobile-highway University (SibADI), Department - building Construction. (644080, Omsk, pr. Mira, 5, e-mail: komlev-12@ yandex.ru).
Макеев Сергей Александрович (Омск, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры «Строительные конструкции» Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета (СибАДИ). (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: [email protected]).
Makeev S.A. (Omsk, Russia) - doctor of technical Sciences, professor, Siberian state automobile-highway University (SibADI), Department - building Construction. (644080, Omsk, pr. Mira, 5, e-mail: makeev608079@mail. ru).
Краснощекое Юрий Васильевич (Омск, Россия) - доктор технических наук, доцент, кафедры «Строительные конструкции». Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ). (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: [email protected]).
Krasnoshchekov Y.V (Omsk, Russia) - doctor of technical Sciences, associate Professor, Siberian state automobile-highway University (SibADI). Department - building Construction. (644080, Omsk, pr. Mira, 5, e-mail: uv1942@ mail.ru).
