CC BY
47
УДК 624.21.037
П. М. КОВАЛЬ (Нацюнальна академiя образотворчого мистецтва i арх1тектури, Кшв), А. е. ФАЛЬ, П. М. СТАШУК (ДерждорНД1 iM. М. П. Шульгша, Кшв), Я. I. КОВАЛЬЧИК (НТУ, Кшв)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ МОНОЛ1ТНО1 ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНО1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННО1 АВТОДОРОЖНЬО1 ЕСТАКАДИ
Розглядаються результаты обстеження i випробувань автодорожньо! естакади в MicTi Киев1 i3 попередньо напруженого монолгтного зал1зобетону. Анал1з отриманих результапв показав, що параметри вщповщають вимогам дшчих стандарпв по проектуванню моспв.
Ключовi слова: мют, естакада, попередньо напружуваний зал1зобетон, МСЕ, Л1ра
Рассматриваются результаты обследования и испытаний автодорожной эстакады из предварительно напряженного монолитного железобетона в городе Киеве. Анализ полученных результатов показал, что параметры соответствуют требованиям действующих стандартов по проектированию мостов.
Ключевые слова: мост, эстакада, предварительно напряженный железобетон, МКЭ, Лира
Results of inspection and testing of monolithic prestressed reinforced concrete road trestle built in Kyiv are considered. The analysis of the gained results has shown that parametres correspond to the requirements of current standards on design of bridges.
Keywords: bridge, overhead road, reinforced concrete, FEM, Lira
Мостобудування в Укра!ш в ХХ столгтп ро-звивалось у рамках единого народно-господарського комплексу Радянського Союзу. До 40-х роюв мости будувались iз монол^ного залiзобетону зi звичайним армуванням. Коли ж почався перехвд до попередньо напружених залiзобетонних конструкцш у кшщ 40-х - на початку 50-х роюв, в СРСР було взято курс на iндуcтрiалiзацiю будiвництва. В мостобудуван-ш, як i в шших сферах будiвництва, перейшли на використання збiрного залiзобетону, оскшь-ки при цьому збшьшувалась cтепiнь заводсько! готовност конcтрукцiй.
Прийняття 19 серпня 1954 року Постанови ЦК КПРС «Про розвиток будiвництва збiрних залiзобетонних конструкцш i деталей для буд> вництва» директивно вимагало широкого впро-вадження збiрного залiзобетону в уciх областях будiвництва, в тому чиcлi i в моcтобудуваннi. Починаючи з 1960 року будiвництво монол№ них i cтале-залiзобетонних моcтiв навiть при прогонах бшьше 40 м дозволялось тшьки в окремих випадках. Вважалося, що на монолит залiзобетоннi конcтрукцii занадто велик затра-ти працi та розхщ лicоматерiалу на риштування i опалубку, а металопрокат був дефщитним [1]. Тому монолiтнi попередньо напружеш затзо-бетоннi мости в Укра'ш майже не будувалися.
Роки експлуатаци моcтiв зi збiрного затзо-бетону виявили ряд недолiкiв таких конструкцш. Велика кшьюсть cтикiв не забезпечуе на-дiйноi cумicноi роботи окремих елемеш!в, вуз-
ли з'еднань в процеш екcплуатацii руйнуються, через дефектш стики елементiв прогонових бу-дов просочуеться вода з про'зно' частини, яка сприяе корозii бетону i арматури. Бетон при-швидшеного твердiння на багатьох спорудах у важких екcплуатацiйних умовах не забезпечуе необхщно! довговiчноcтi конcтрукцiй.
За кордоном вже в останш деcятилiття ХХ столгття суттево зросли обсяги будiвництва мо-cтiв зi збiрного попередньо напруженого зал> зобетону [2]. Цьому сприяли впровадження iн-вентарних опалубок i риштувань багаторазово-го використання ефективних технологш натягу арматури, використання пластичних бетошв та механiзацii подачi бетону в опалубку.
Першим кроком до бшьш широкого використання монол^ного бетону i забезпечення шд-вищення довговiчноcтi моcтiв було введення в нових нормах проектування мос^в [3] вимоги влаштування плити про'зно' частини моcтiв тiльки iз монол^ного бетону. Тому з 2006 року на автомобшьних дорогах загального користу-вання Украхни прогоновi будови моспв можуть влаштовуватись тiльки зi збiрно-монолiтного або монолiтного бетону.
Натурнi випробування та монiторинг стану моcтiв, збудованих в оcтаннi деcятилiття в Украш, якi були проведенi Державним дорож-нiм науково-доcлiдним iнcтитутом
iм. М. П. Шульгша показав, що для забезпечення нормовано! довговiчноcтi моспв в 100 рокiв [3], на автодорогах з високою iнтенcивнicтю
© Коваль П. М., Фаль А.е., Сташук П. М., Ковальчик Я. I., 2011
руху для балочних та рамних прогонових будов iз залiзобетону з прольотами бiльше 15 м необ-хщно використовувати тiльки попередньо на-пружеш конструкцп. Але на магiстральних автодорогах Кшв-Чоп, Кшв-Харюв та шших про-довжують будуватись мости iз прогоновими будовами з арматурою без попереднього на-пруження.
Враховуючи, що в Укршт досвiд спору-дження монолiтних попередньо напружених нерозрiзних мостiв значно! довжини невеликий, метою дано! роботи було дослщження напру-жено-деформативного стану таких конструкцш, оцiнка правильностi виконаних розрахунюв, конструювання та якостi виконання робщ ви-
значення реально1 несно1 здатносп тако1 спору-ди - автодорожньо! естакади.
Опис естакади по вул. Набережно-Хрещатицькiй у м. Киeвi
Естакада складаеться з десяти нерозрiзних прогонiв. Матерiал конструкцп - попередньо напружений монолiтний залiзобетон. Схема естакади комбшована: балочна нерозрiзна, опори 6 1 7 об'еднаш з прогоновою будовою i утворюють раму для перекриття найбшьшого прольоту в 36 м. Схема нерозрiзноl монолггно! прогоново! будови 24+30+4x33+36+33+30+24 м, довжина 309 м (рис. 1, а).
Рис. 1. а - схема естакади; б - перер1з 1-1; в - перер1з 2-2; г - перер1з 3-3; д - перер1з 4-4
Профшь мосту по довжиш мае висхщш та низхщш ухили в 60 %о та вписану вертикальну криву радiусом в 2000 м з довжиною на гори-зонтальнiй площиш 240 м
Габарит про1зно1 частини моста Г-9. Кшь-кiсть смуг руху - 2. Ширина кожно1 смуги руху
- 3,75 м, а смуг безпеки - по 1 м. Ширина слу-жбового проходу влаштованого з правого боку
- 0,75 м.
Товщина прогоново1 будови змiнна, в центральнш частинi шириною 5 м - 1,1 м, по краях на консолях - 0,2 м. Така мала товщина плити (1/33,7 максимального прольоту 36 м) обумовлена вимогою досягнення мшмально1
робочо! висоти естакади. Робоче армування плити - арматура перюдичного профiлю класу А-III, конструктивне армування - арматура перюдичного профшю класу А-1.
Попередне напруження прогонових будов створене обтиском 28 пучками канатно! арма-тури. Кожен пучок складаеться Í3 19 канатiв, кожен з яких складаеться з семи дротiв з ном> нальним дiаметром 15,2 мм за EN 10138-98. Сила натягу кожного пучка - 352 т (зпдно про-ектно! документацп). Схему споруди та армування И прогоново! будови попередньо напру-женою арматурою подано вище (див. рис. 1).
Для визначення розрахункових величин прогишв i напружень, та встановлення рiвня завантаження прогонових будов моста, проводили розрахунок з використанням програмного комплексу „ЛИРА 9.4". Проектш навантаження - А-15, НК-100, згiдно дiючих норм [4].
В розрахунковш просторовiй схемi моста прогонова будова задана поздовжшми та попе-речними стержнями (скшчеш елементи типу 10). Фрагмент просторово! схеми представлено на рис. 2. Приклад схеми завантаження i дефо-рмаци прогоново! будови показаний на рис. 3.
Рис.2. Фрагмент просторово! схеми моста при розрахунку з використанням ПК «ЛИРА»
Рис.3. а - розрахункова схема завантаження № 5; б - розрахунков1 значення прогишв конструкцл прогоново! будови при завантажент схемою навантаження № 5
Розрахунок виконували на власну вагу конструкций випробувальне навантаження яке реаи-зоване в натурних умовах за випробувальними схемами завантаження № 1 - № 14 , та розра-хункове навантаження А-15.
Випробувальне навантаження - п'ять авто-мобшв завантажених баластом (автомобiлi МАЗ 551605 вагою: 31,3 т, 31,7 т, 31,7 т, 32,7 т, 33,2 т). Загальна вага випробувального наван-таження становила 160,6 т. На рис. 4 показано схему завантаження № 5, результати прогишв при такому завантаженш i загальний вигляд установки цього навантаження.
Анал1з результат1в обстеження та випробування естакади
При обстеженнi конструкцш естакади були виявленi дефекти елеменпв конструкцiй, що знижують довговiчнiсть споруди, яю виникли
на стади будiвництва. Тому були данi рекомен-даци щодо л^щаци цих дефектiв.
Суттевими дефектами конструкцiй, що в подальшому можуть зменшити довговiчнiсть естакади, були таю:
- поздовжш та поперечш трiщини по ни-жнiй граш залiзобетонних прогонових будов з шириною розкриття до 0,10... 0,30 мм, яю в процесi виконання будiвельних робгг були за-критi шарами захисного фарбового покриття;
- температурно-усадочш трщини на по-верхнi промiжних та крайшх опор з шириною розкриття вщ 0,05 до 0,3 мм;
- трщини у вирiвнюючiй полiмербетон-нiй пiдливцi опорних частин;
- усадочш трiщини на поверхнi бетону шдферменниюв берегових та промiжних опор.
При випробуванш iнтенсивнiсть навантаження складала 61... 81 % по ввдношенню до нормативного навантаження А-15 (табл. 1).
Рис. 4. а - поздовжня схема завантаження та результати прогину схеми завантаження № 5; б - поперечна схема завантаження та результати прогину схеми завантаження № 5; в - вид схеми завантаження № 5
Величина штенсивносп випробувального навантаження вщповщае вимогам норм [5].
Таблиця 1
1нтенсившстъ випробувального навантаження по в1дношенню до проектного нормативного
Перер1з Схема завантаження 1нтенсившсть випробувального навантаження в % до А-15
Середина прогону 9-10 № 1 81
Середина прогону 9-10 №2 70
Середина прогону 8-9 №3 78
Середина прогону 6-7 №5 78
Середина прогону 5-6 №6 77
Перер1з над опорою №6 №12 61
Перер1з над опорою №7 №13 61
Перер1з над опорою №5 №14 70
Максимальш вимiрянi прогини прогонiв вщ випробувального навантаження та значення конструктивного коефiцiента К представлено в табл. 2.
Зпдно норм [5] значення конструктивного коефщента К повинно знаходитьсь в межах 0,7...1,0. Експериментальне значення конструктивного коефщента К в усiх випадках бало-чно! нерозрiзноl прогоново! будови близьке або менше значення 1,0, що свiдчить про правиль-шсть вибрано! розрахунково! схеми. I лише при завантаженш рамно! частини прогоново! будови (схема 5, прогш 6-7) величина конструктивного коефщента мае вщчутно бiльше значення (К = 1,167). Тому необхщно уточнити розраху-нкову схему рамно! частини естакади.
Для ощнки жорсткосн прогоново! будови естакади вимiрянi прогини були пропорцшно приведенi до прогишв, якi б виникли вiд завантаження випробувальним навантаженням, яке по штенсивносп вщповщае нормативному на-вантаженню вiд А-15 (табл. 3). 1з таблицi 3 видно, що експериментальш приведенi прогини значно меншi 1/400/ , якi допускаються дда-
чими нормами [6]. Це свщчить про значнi запаси жорсткосн прогоново! будови естакади.
Одним з критерпв оцiнки роботи моста за результатами статичних випробувань, зпдно з нормами [5], е сшввщношення вимiряних пру-жних i залишкових деформацiй, що виражаеть-ся показником роботи конструкцп а (табл. 4).
Таблиця 2
Конструктивш коефщенти визначеш за загальними деформащями (прогинами прогоновоТ будови)
№ з/п Схема завантаження (прогш) Максимальный вимiряний прогин, /е > мм Теоретичне значення максимального прогину, /с*' мм Конструктивний коефщент, К = /е / /са1
1 № 1 (9-10) 5,9 5,7 1,035
2 № 2 (9-10) 5,0 5,0 1,000
3 № 3 (8-9) 7,4 7,8 0,949
4 № 4 (7-8) 8,9 8,8 1,011
5 № 5 (6-7) 10,5 9,0 1,167
6 № 6 (5-6) 9,4 8,7 1,080
7 № 7 (4-5) 10,6 11,1 0,955
8 № 8 (3-4) 10,4 11,2 0,929
9 № 9 (2-3) 6,9 10,8 0,639
10 № 10 (1-2) 7,8 7,9 0,987
11 № 11 (0-1) 4,6 4,8 0,958
Таблиця 3
Значення експериментальних прогишв прогонових будов приведенi до нормативного навантаження
№ з/п Схема завантаження (прогш) Коефщент приве-дення, Кр Максимальний вимiряний прогин, /е > мм Експериментальш приведет прогини /е / Кр /е1 / ^ р
1 2 3 4 5 6
1 № 1 (9-10) 0,81 5,9 7,3 1/3295
2 №2 (9-10) 0,70 5 7,1 1/3360
3 №3 (8-9) 0,78 7,4 9,5 1/3162
4 №5 (6-7) 0,78 10,5 13,5 1/2674
5 №6 (5-6) 0,77 9,4 12,2 1/2703
Примiтка: / — значення вимiряного прогину, мм; £ — розрахункова довжина прогону
Зпдно норм [5] значення показника роботи конструкцп а зал1зобетонних моспв заюнче-них буд1вництвом може досягати 0,15. Експе-риментальне значення показника роботи конструкцп а приймае значення вщ 0,01 до 0,08, що свщчить про задовшьну роботу прогоново! будови i вщсутшсть залишкових деформацш в елементах естакади.
Зпдно результат динам1чних випробувань максимальш значення динам1чного коефщенту знаходяться в межах 1,188...1,239.
Значення динам1чних коефщенпв вщпов> дають вимогам норм (1 + ц = 1,3) [4]. Експери-ментальш значення власних частот коливань моста перевищують розрахунков1 значення, що
е непрямим свщченням бшьшо! жорсткосп конструкцш прогонових будов у пор1внянн1 з !х розрахунковими значеннями.
Висновки
Останшм часом у буд1вництв1 моспв за кордоном широко використовуються попередньо напружеш монолит конструкци прогонових будов яю мають ряд переваг у пор1внянн1 з1 зб1рними. Таю конструкци почали використо-вувати в Украш, вони е дуже перспективними для нашого мостобудування. Але досвщ проек-тування i буд1вництва таких моспв в нашш держав1 невеликий.
Натурш дослщження одше! з перших транспортних споруд значно! довжини iз монолiтною попередньо напруженою прогоновою будовою, збудовано! в Укра1ш, показали правильшсть теоретичних пiдходiв до розрахунку та конс-труювання тако! споруди. Аналiз даних, отри-маних при статичних та динамiчних випробу-ваннях естакади показав, що всi основнi пара-метри споруди знаходяться в межах ддачих норм щодо проектування моснв.
Необхiдно звернути увагу на уточнення роз-рахунково! схеми при розрахунку рамно! час-тини тако! естакади. Наявнють в окремих мю-цях конструкцiй трiщин з шириною розкриття 0,1...0,3 мм свiдчить про необхщшсть вдоско-
налення технологи бетонування при зведенш таких мостiв. Варто вщмпити, що пiдчас ви-пробувань щ трiщини не розвивалися, i запов-нення цих трiщин iн'eкцiйними матерiалами та нанесення захисного покриття дасть можли-вiсть забезпечити проектну довговiчнiсть конс-трукцiй.
Естакада вздовж вулищ Набережно-Хрещатицька в м. Киeвi в складi будiвництва Подiльського мостового переходу через р. Дншро в м. Киeвi придатна для експлуатацп пiд тимчасове вертикальне навантаження, що вщповщае класу навантаження А-15 i НК-100. Технiчний стан моста класифшуетъся як справ-ний (стан 1).
Таблиця 4
Показник роботи конструкци а
№ з/п Схема завантаження (перер1з) Максимальне значения пружних вим1ряних прогишв, /а > мм Максимальне значення залишкових вим1ряних прогишв, /т , мм а, ( /т / /е! )
1 2 3 4 5
1 № 1 (середина прогону 9-10) 5,32 0,11 0,02
2 № 2 (середина прогону 9-10) 4,80 0,17 0,03
3 № 3 (середина прогону 8-9) 7,17 0,21 0,03
4 № 4 (середина прогону 7-8) 8,20 0,20 0,02
5 № 5 (середина прогону 6-7) 8,52 0,66 0,08
6 № 6 (середина прогону 5-6) 9,00 0,40 0,04
7 № 7 (середина прогону 4-5) 10,60 0,20 0,02
8 № 8 (середина прогону 3-4) 10,40 0,30 0,03
9 № 9 (середина прогону 2-3) 6,90 0,20 0,03
10 № 10 (середина прогону 1-2) 7,10 0,1 0,01
11 №1 2 (опора Оп-6) 8,30 -0,10 -0,01
12 № 13 (опора Оп-7) 5,40 0,20 0,04
13 № 14 (опора Оп-5) 8,60 0,10 0,01
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. Калашников, Н. А. Анализ конструкций железобетонных мостов [Текст] / Н. А. Калашников. - М.; Транспорт. - 184 с.
2. Смирнов, В. Н. Строительство мостов и труб [Текст] / В. Н. Смирнов. - СПб.: Изд-во ДНК, 2007. - 288 с.
3. ДБН В.2.3-14:2006. Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування. [Текст]. -Введ. 2007-02-01. - К.: Мш. буд., архт та житл.-комун. госп-ва, 2006. - 359 с.
4. ДБН В.1.2-15:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Навантаження 1 впливи [Текст]. -
Введ. 2010-03-01. - К. Мш репон буд. Украши, 2009. - 66 с.
5. ДБН В.2.3-6:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Обстеження 1 випробування [Текст]. -Введ. 2010-03-01. - К. Мш репон буд. Украши, 2009. - 42 с.
6. ДБН В.2.3-22:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Основш вимоги проектування [Текст]. - Введ. 2009-11-11. - К. Мш репон буд. Укра!-ни, 2009. - 73 с.
Надшшла до редколегп 14.04.2011. Прийнята до друку 28.04.2011.
