CC BY
41Метод усиления железобетонных мостовых опор устройством битрапецеидальнои обоймы
Мехтиева Сабина Сафаровна,
инженер, заместитель начальника производственно-технического отдела (направление металлоконструкций уникальных сооружений), ООО "Смарт Констракшн", [email protected]
Усиление железобетонных конструкций опор мостов различного назначения, по сравнению с другими видами конструкций (металлическими, деревянными), имеет специфические особенности, связанные со сложностью обеспечения совместной работы бетона конструкции. При выполнении ремонтно-восста-новительных работ следует предусмотреть комплексные мероприятия по усилению дефектных участков ригелей опор, устраивать железобетонные подферменники, заменять изношенные эластомерные опоры, рассчитанные на новые проектные нагрузки, и устраивать герметичные конструкции современных деформационных швов над ригелями для уменьшения агрессивного воздействия среды на опоры. В процессе исследования предложен метод усиления железобетонных мостовых опор устройством битрапецеидальной обоймы. При выполнении строительных работ по устройству обоймы рекомендовано использовать самоуплотняющиеся бетонные смеси. Также обозначена целесообразность и приведено описание применения сверхвысокоэффективных фибробетонных материалов для реабилитации поврежденных зон мостовых опор. Ключевые слова: мост, опора, укрепление, бетон, обойма, ригель.
сч см о см
о
О!
^
н
О Ш
т
X
<
т о х
X
Наиболее конструктивно сложный и ответственный структурный элемент дороги - это мостовое сооружение. Результаты исследований показывают, что именно мосты (автомобильные, железнодорожные) часто являются наиболее изношенными конструкциями и требуют неотложных ремонтных мероприятий. Аварийность мостов наступает вследствие исчерпания несущей способности опор (например, при применении их облегченных типов: одностолбчатых, опор-стенок, стоечных, из забивных свай и т.п.) или из-за недопустимых деформаций фундаментов, возникших в процессе эксплуатации (например, неравномерные осадки, крены, наклоны и перекосы вследствие подмыва фундаментов или оползней грунта) [1].
Однако среди большинства специалистов эксплуатирующих служб и проектных организаций устойчивым является убеждение, что мосты, в которых аварийность наступает вследствие исчерпания несущей способности или аварийного состояния опор, в подавляющем большинстве не подлежат восстановлению или реконструкции и должны перестраиваться [2]. По мнению ученых, трудности усиления мостовых опор сопряжены с серьезными техническими, экологическими и экономическими проблемами.
Однако развитие современной инженерной мысли, появление в ходе Четвертой промышленной революции новых материалов с улучшенными характеристиками, позволяет решить задачу усиления балок опоры мостов с оптимальными затратами и максимальным эффектом. Так, перспективным на сегодняшний день методом является повышение несущей способности опор мостов путем модернизации предположительно дефектных элементов с использованием материалов из полимера, армированного волокном (FRP). Эти материалы обладают многими преимуществами, такими как высокая прочность, малый вес и отсутствие коррозионных свойств [3]. Помимо этого, широкое распространение получили методы с использованием материалов нового поколения — фибробетонов со сверхвысокими характеристиками (UHPFRC) с прочностью на сжатие от 150 до 200 МПа. Материалы UHPFRC характеризуются выдающимися механическими свойствами, а также высокой долговечностью благодаря их чрезвычайно низкой проницаемости [4].
Особого внимания заслуживает метод усиления поперечного сечения мостовых опор. Этот метод заключается в расширении поперечного сечения опоры моста путем добавления бетона и арматурной стали на основе старой структуры, чтобы основа могла усилить собственное сопротивление сжатию и повысить сейсмостойкость. В некоторых исследованиях консольные участки ригелей предложено усиливать устройством железобетонных обойм.
В тоже время у каждого из методов усиления есть как преимущества, так и недостатки. Поэтому целесообразным и актуальным является поиск рационального конструктивного решения усиления опор мостов, что и обуславливает выбор темы данной статьи.
Анализу методик реконструкции и капитального ремонта фундаментов мостов различного назначения посвящены труды Гуладзе Т.И., Гайбура Е.В., Мареевой О.В., Кловского А.В., Granata, M. Fabio; Messina, Davide; Colajanni, Piero.
Причины и степени повреждения крупномасштабного отклонения опор мостов от проектного состояния рассматривают в своих трудах Августов Г.И., Хижавский О.А., Иванов И.Г., Pelle, Angelo; B., Bruno; B., Alessandro Vittorio.
Однако, несмотря на имеющиеся труды и наработки, ряд вопросов практического характера остается открытым. В частности, отдельного внимания заслуживают проблемы усовершенствования ремонта опор без разборки пролетных строений, поскольку ограниченность подмостового пространства, не позволяет обеспечить надежность конструкций, непосредственно воспринимающих нагрузку от пролетных балок, то есть, опорных подферменников. Также в более углубленном исследовании нуждается вопрос использования склеенных материалов FRP для усиления балок с трещинами в качестве экономически эффективного метода восстановления мостовых опор.
Таким образом, с учетом вышеизложенного, цель статьи заключается в изучении особенностей метода усиления железобетонных мостовых опор с использованием битрапецеидальной обоймы.
Стандартная мостовая опора, которая получила свое широкое применение, представляет собой массивную железобетонную стойку (или систему из нескольких стоек), опирающуюся на фундаменты. На стойку от пролетного строения через разновысокие подферменники передает нагрузку ригель в виде двухконсольной балки. Итак, типовая опора представляет собой двухконсоль-ную систему, состоящую из трех компонент - стойки, ригеля и подферменников (см. рис. 1).
более экономные, но обладают не очень выразительной архитектурной формой. Поэтому предлагается использовать устройство обойм в виде двух разновысоких трапеций, которые значительно улучшают архитектурный образ мостового сооружения, одновременно, существенно усиливая непригодные к эксплуатации участки.
Битрапецеидальная форма капителей колонн хорошо зарекомендовала себя в промышленном и гражданском строительстве. Опыт моделирования напряженно-деформированного состояния таких конструкций свидетельствует, что после усиления ригельная система может воспринимать значительно большую (до двух раз) нагрузку по сравнению с обычными ригелями [5]. Надежность и эффективность такой системы усиления подтверждается выполненным анализом конечно-элементных моделей напряженно-деформированного состояния и прочностными расчетами.
Схема установки проектного армирования и опалубки обоймы представлена на рис. 2.
Рис. 1 Конструкция типовой промежуточной двухконсольной опоры моста
(1 - опорная стойка мостовой опоры, 2 - ригель, 3 - подферменники с эластомерными опорами, 4 - деформационный шов пролетного строения, 5 - участок обмоноличивания полуригелей)
Как уже отмечалось ранее, поврежденные опоры мостов рационально усиливать устройством железобетонных обойм. Обоймы стандартной (прямоугольного или треугольного абриса), рекомендуемые в стандартах, хотя и
Рис. 2 Рабочее армирование обоймы. Установка опалубки
Технологическая последовательность работ по устройству обойм включает в себя следующие этапы:
- оббивка слабого бетона ригелей и участков обмоноличивания, дефектного защитного слоя, образование опорных шпонок глубиной 100 ... 150 мм на поверхностях бетона, непосредственно примыкающих к обойме усиления;
- очистка существующего армирования от продуктов коррозии;
- установка химических анкеров в тело шпонок и ригелей;
- устройство нового армирования обоймы усиления с присоединением к анкерам;
- защита всего массива арматуры от коррозии эффективными высокоадгезионными полимерцементными материалами;
- устройство опалубки на металлической инвентарной основе большой несущей способности в виде трубчатых стоек, распорок и опорных балок;
- бетонирование обоймы самоуплотняющимися бетонными смесями без использования глубинных вибраторов, что уменьшит гидростатические давления;
- разборка опалубки, устройство монолитных под-ферменников высотой не менее 150 мм;
- установка новых эластомерных опор под проектные воздействия;
- финишная обработка бетонных поверхностей опор изоляционными и отделочными материалами.
X X
о го А с.
X
го m
о
м о
M
to
сч сч о
CS
о ш m
X
<
m О X X
Отдельный акцент необходимо сделать на том, что внутренние выступы были сформированы с помощью универсальных ригелей WU16 и нестандартных регулировочных пластин, чтобы закрыть неплотно сформированные зоны заполнения между внутренними элементами опалубки и верхними полками желоба. Индивидуальные регулировочные пластины необходимы из-за диагональных распорок в желобе, поскольку их можно легко отвинтить, чтобы позволить внутренней опалубке выдвинуться, а затем закрепить болтами на следующем участке заливки с минимальными трудозатратами. Это предотвращает любое столкновение между внутренней опалубкой и конструкционной стальной конструкцией.
Для финишной обработки бетонных поверхностей опор изоляционными и отделочными материалами предлагается использовать фибробетон со сверхвысокими характеристиками UHPFRC, залитый на поверхность мостовой опоры. Он может как остановить процесс коррозии, так и укрепить опору против хрупкого разрушения при сдвиге. Укрепляющий эффект в основном обусловлен поведением UHPFRC при растяжении, характеризующимся высокой прочностью на растяжение (7-15 МПа против ~2 МПа для обычного бетона), контролем микротрещин и значительной пластичностью. Эти свойства можно регулировать количеством и ориентацией стальных волокон в UHPFRC (обычно 3-6% по объему). Волокна перекрывают трещины сдвига и таким образом увеличивают сопротивление сдвигу.
Как показано на рис. 3, фибробетон отливается тонкими слоями на настиле и вокруг опор моста для защиты конструкции от агрессивной среды и значительного увеличения срока ее службы.
сборный >20/0 иНРРРС
г-
UHPFRC
UHPFRC обшивка
Щ
Рис. 3 Схема обработки бетонных поверхностей опор тонкими слоями UHPFRC
Комплексное усиление мостовых опор, вместе с восстановлением водонепроницаемости пролетных строений и антикоррозийным покрытием, дает устойчивый положительный эффект.
Таким образом, подводя итоги, отметим, что при выполнении ремонтно-восстановительных работ, предполагающих усиление железобетонных мостовых опор, следует предусмотреть комплексные мероприятия. В
качестве одного из элементов этих мероприятии автором предложена эффективная технология усиления мостовых опор путем устройства железобетонной обоймы вокруг дефектных ригелей. Также представляется целесообразным использовать сверхвысокоэффективные фибробетонные материалы, особенности применения которых описаны в статье.
Литература
1. Кучеренко В.И. Проектирование усиления вне-центренно-сжатых железобетонных элементов (колонн, опор, стоек) // Аллея науки. 2021. № 2. С. 141-143.
2. Альджабуби Д.З.М. Особенности внешнего армирования углеродными материалами для усиления конструкций // Перспективы науки. 2021. № 1. С. 19-25.
3. Pelle, Angelo Time-dependent cyclic behavior of reinforced concrete bridge columns under chlorides-induced corrosion and rebars buckling // Structural concrete: journal of the FIB. 2022. Volume 23: Number 1; pp 81-103.
4. Paglia, C. The Degradation of Reinforced Concrete Bridge Elements // Materials science forum. 2022. Volume 1053; pp 288-296.
5. Мареева О.В., Кловский А.В., Марина Н.Н. Анализ напряженно-деформированного состояния усиливаемых изгибаемых железобетонных элементов с коррозионными повреждениями // Инновации и инвестиции. 2022. № 2. С. 234-238.
Method of reinforcing reinforced concrete bridge supports with a
bitrapezoidal cage device Mekhtieva S.S.
LLC "Smart Construction"
JEL classification: L61, L74, R53_
Strengthening of reinforced concrete structures of bridges supports of various purposes has, in comparison with other types of structures (metal, wooden), has specific features associated with the complexity of ensuring the joint work of the concrete structure. When carrying out the repair-restoration work it is necessary to provide for complex measures to strengthen the defective parts of the uprights and beams, to arrange reinforced-pressure concrete platforms, to replace the worn-out elastomeric supports designed for new loads and to arrange hermetic structures of modern expansion joints over the beams to reduce an aggressive environment influence on the supports. In the process of the research the method of the reinforcement of reinforced concrete bridge supports by the device of bitrapezoidal casing was offered. It is recommended to use self-compacting concrete mixtures when carrying out construction works on the device of the casing. The expediency is also indicated and the description of application of the extra-high-efficient fiber-crete materials for the rehabilitation of the damaged zones of the bridge supports is given. Keywords: bridge, support, strengthening, concrete, casing, ledger. References
1. Kucherenko V.I. Designing Strengthening of Out-of-Center Compressed Iron Concrete Elements (Columns, Supports, Struts) // Alley of Science. 2021. № 2. С. 141-143.
2. Aljabubi D.Z.M. Features of external reinforcement by carbon-ferrous materials for strengthening structures // Perspectives of Science. 2021. № 1. С. 19-25.
3. Pelle, Angelo Time-dependent cyclic behavior of reinforced concrete bridge columns under chlorides-induced corrosion and rebars buckling // Structural concrete: journal of the FIB. 2022. Volume 23: Number 1; pp 81-103.
4. Paglia, C. The Degradation of Reinforced Concrete Bridge Elements // Mate-rials science forum. 2022. Volume 1053; pp 288-296.
5. Mareeva O. V., Klovsky A. V., Marina N. N. Analysis of Stress and Strain State of Reinforced Bending Reinforced Concrete Elements with Corrosion Damages // Innovations and Investments. 2022. № 2. С. 234238.
