CC BY
45МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ПРИ УСИЛЕНИИ НА НАГРУЗКИ А14 И НК100
Саатова Н.З.
Ташкентский государственный транспортный университет, доктор философии по техническим наукам (PhD), "Искусственные сооружения на автомобильных дорогах", Узбекистан
METHODOLOGY FOR DETERMINING THE LIFTING CAPACITY OF THE SPAN STRUCTURES AT REINFORCEMENT FOR LOADS А14 AND №100
Saatova N.
Tashkent State Transport University, doctor ofphilosophy (PhD), docent of the department "artificial
structures on highways", Uzbekistan
АННОТАЦИЯ
В работе приведены расчеты пролетных строений с учетом усиления опорных участков балок, проверены их несущая способность достаточна ли для пропуска современной нагрузки А14 и НК100 по ШНК 2.05.03-12. «Мосты и трубы».
Показано, что железобетонные конструкции с аварийным риском более 0,1 целесообразно заменить, а при аварийном риске менее 0,1 конструкции являются ремонтопригодными и подлежат восстановлению. Усиление несущих элементов путепровода до уровня, отвечающего требованиям пропуска современных нагрузок А14 и НК100, практически не представляется возможным и требует огромных материальных затрат, вероятно соизмеримых со стоимостью возведения нового путепровода.
ABSTRACT
The paper presents the calculations of spans, taking into account the strengthening of the supporting sections of the beams, their bearing capacity is checked whether it is sufficient to pass the modern load A14 and WL100 according to UDARR (ShNK) 2.05.03-12. "Bridges and Pipes".
It is shown that reinforced concrete structures with an emergency risk of more than 0.1 are expedient to replace, and with an emergency risk of less than 0.1, the structures are repairable and subject to restoration. Strengthening the load-bearing elements of the overpass to a level that meets the requirements for passing modern loads A14 and WL 100 is practically impossible and requires huge material costs, probably commensurate with the cost of building a new overpass.
Ключевые слова. пролетные строения, расчет, балки, дефекты, повреждения, обследование.
Keywords: spans, calculation, beams, defects, damage, inspection.
Введение. Увеличение интенсивности движения по автомобильным дорогам и рост грузонапряженности создают угрозу надежности мостовых сооружений. Основными задачами регулярно осуществляемых обследований эксплуатируемых мостов и путепроводов являются выявление технического состояния и проверка соответствия их установленным требованиям.
Основная часть. Автодорожный путепровод на 117+150 км автодороги М34 "Ташкент - Душанбе" предназначен для въезда в г. Гулистан с трассы.
Пролетные строения длиной по 22,16 м установлены в середине путепровода над железнодорожными путями и автодорогами.
Пролетные строения длиной 22,16 м состоят из сборных железобетонных предварительно напряженных балок, выполненных по типовому проекту Со-юздорпроекта, вып. 122-62, инв. №172. Балки пролетных строений длиной 16,76 м изготовлены из обычного железобетона по типовому проекту Союздорпроекта, вып. 56, инв. №147/2.
Покрытие проезжей части путепровода - асфальтовое.
Во всех пролетах путепровода установлено по 9 балок с расстоянием между осями 1,65-1,70 м. Объединение балок в уровне плит выполнено монолитным бетоном (фото 1).
Фото 1. Общий вид пролетных строений снизу
Дефекты и повреждения балок, обнаруженные в процессе обследования, показаны на фото 2 - 5.
Фото 2. Пролет №1. Повреждение приопорных участков балок
Фото 3. Пролеты №2. Повреждение приопорных участков балок
Фото 4. Коррозия оголенной арматуры на участках разрушения защитного слоя бетона в балках пролета с L=16,76 м: а) участок балки возле водоотводной трубки; б) участок плиты возле деформационного шва
Фото 5. Разрушение бетона и коррозия арматуры на торцах балок с L=22,16 м
Балки длиной 16,76 м. По результатам выборочного вскрытия арматуры установлено, что ребра балок в середине армированы 12032АШ. Фактический класс бетона на неразрушенных участках балок - В30, монолитных участков - В20. Во всех пролетах моста, перекрытых балками L=16,76 м, повреждены опорные участки ребер и плит: утерян защитный слой бетона, бетон и арматура корродированы, арматура потеряла сцепление с бетоном, бетон плит разрушен, арматура плит местами оборвана и деформирована.
В ребрах балок имеются вертикальные и наклонные трещины шириной до 0,3 мм. На опорных участках балок на нижней поверхности ребер образовались продольные трещины. На поверхности балок имеются следы выщелачивания.
Длина поврежденных опорных участков балок составляет в основном до 0,5 м, в некоторых балках - до 1,0 м. Глубина карбонизированного слоя бетона на этих участках 30-50 мм. Степень пластинчатой коррозии арматуры -до 15%. Недопустимые прогибы балок не обнаружены.
Балки длиной 22,16 м. Фактический класс бетона на неразрушенных участках балок - В30, монолитных участков - В25. В пролетах моста, перекрытых балками L=22,16 м, повреждены опорные участки ребер и плит: защитный слой бетона отслоился и выпучился, бетон и арматура корродированы, бетон плит разрушен. На поверхности балок имеются следы выщелачивания. Длина поврежденных опорных участков балок составляет от 0,3 до 0,8 м. Глубина карбонизированного слоя бетона на этих участках 30-50 мм. Оголенная арматура в торцах балок корродированна, степень коррозии - до 10%. Во всех балках выгиб от преднапряжения сохранился, что показывает отсутствие скольжения преднапряженной арматуры в теле бетона.
Поскольку степень общей надежности пролетного строения складывается из надежности отдельных балок, то по степени аварийности балок возможно определить степень аварийности пролетных строений. Также определяется надежность опор. В итоге возможно установить эксплуатационную надежность путепровода в целом.
В табл. 1 занесены результаты расчета надежности и степень аварийности пролетных строений.
Таблица 1.
Результаты инструментальных исследований и расчетов степени
№ пролета № балок Фактическая прочность МПа Степень коррозии арматуры, % Надежность Степень аварийного риска Рекомендации
1 2 3 4 5 6 7
1 1,2,3,8,9 18 8 0,76 0,24>0,1 Замена балок
4,5,6,7 21 3 0,91 0,09<0,1 Восстановление работоспособности балок
2 2,3,8 19 7 0,78 0,22>0,1 Замена балок
1,4,5,6,7,9 22 2 0,92 0,08 <0,1 Восстановление работоспособности балок
3 2,3,4, 5,6,7,8 14 17 0,72 0,28 > 0,1 Замена балок
1,9 23 2 0,90 0,1 «0,1 Восстановление работоспособности балок
4 2,3,6,7,8 20 11 0,79 0,21 > 0,1 Замена балок
1,4,5,9 20 2 0,9 0,1 «0,1 Восстановление работоспособности балок
5 2,3,4,5,7,9 13 8 0,68 0,32 > 0,1 Замена балок
1,6,8 21 3 0,92 0,08 <0,1 Восстановление работоспособности балок
6 2,8 17 9 0,76 0,24 >0,1 Замена балок
1,3,4,5, 6,7,9 26 - 0,96 0,04 <0,1 Восстановление работоспособности балок
Рекомендации по результатам выполненных расчетов пролетных строений в наглядном виде приведены в табл. 2
Таблица 2
Рекомендации по результатам расчетов эксплуатационной пригодности пролетных строений
Номер пролета Номер балки пролетного строения (счет балок слева направо со стороны Гулистана)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 Замена Замена Замена Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Замена Замена
2 Кап. ремонт Замена Замена Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Замена Кап. ремонт
3 Кап. ремонт Замена Замена Замена Замена Замена Замена Замена Кап. ремонт
4 Кап. ремонт Замена Замена Кап. ремонт Кап. ремонт Замена Замена Замена Кап. ремонт
5 Кап. ремонт Замена Замена Замена Замена Кап. ремонт Замена Кап. ремонт Замена
6 Кап. ремонт Замена Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Кап. ремонт Замена Кап. ремонт
Поверочные расчеты грузоподъемности пролетных строений на нагрузки А14 И НК100Р выполнены с учетом восстановления балок пролетных строений, усиления опор и переустройства проезжей части.
Пролетные строения Ь=16,76 м
В поперечном сечении пролетное строение состоит из 9 балок.
Железобетонные балки путепровода изготовлены в 1972 году по типовому проекту Союздор-проекта, инв.№147/2.
Исходные данные.
Основные данные для расчета приняты по результатам обследования:
- полная длина балки 1=16,76 м;
- расчетная длина 1р = 16,16 м;
- высота балки к =100 см;
- ширина ребра понизу балки Ь = 16,4см;
- фактическая прочность бетона балки ЯЬ/ = 16,0 МПа;
- расчетная ширина плиты Ь/ = 100см;
- арматура ненапрягаемая, рабочие стержни 14032А11 +2 016А11.
Нагрузки.
Сбор постоянных нагрузок на 1м длины пролетного строения выполнен в табл. 3. Постоянная нагрузка на 1 балку: Нормативная
Чп = 2059 = 22,9 кН/м ;
Расчетная
Чг = = 27,5 кН/м.
Временные нагрузки.
Таблица 3
Постоянная нагрузка на 1 м длины пролетного строения_
№ п.п Вид нагрузки Нормативная, кН/м Коэффициент надежности Расчетная нагрузка, кН/м
1 Асфальт ездового полотна 25,8 1,5 38,64
2 Дополнительный железобетонный слой для выравнивания проезжей части 35,0 1,3 45,5
3 Гидроизоляция 4,65 1,3 6,1
4 Выравнивающий слой 16,3 1,3 21,15
5 Перильное ограждение тротуара 3,0 1,1 3,3
6 Баръер тротуара 5,6 1,1 6,2
Итого 99,35 130,8
7 Собственный вес 9-ти главных балок 106,5 1,1 130,8
Всего 205,9 247,8
Линии влияния давлений на балки построены как линии влияния опорных реакций на упругих опорах [7, 9] и приведены на рис. 1.
Рис 1. Схема загружения пролетных строений
Загружение выполнено для трех схем: 3) нагрузка НК100 на краю проезжей части.
1) две полосы нагрузки А14 максимально при- Результаты расчетов коэффициентов попереч-ближены к барьеру безопасности; ной установки (КПУ) для различных балок пролет-
2) две полосы нагрузки А14 максимально при- ного строения приведены в табл. 4. ближены к краю проезжей части и сочетаются с
толпой на тротуаре;
Таблица 4
Коэффициенты поперечной установки (КПУ) для различных схем загружения_
Номер схемы загружения Номер балки пролетного строения Значения КПУ
КПУа КПУа,,т КПУт
0 0,42 0,41 -
1 1 0,56 0,52 -
2 0,63 0,56 -
0 0,15 0,15 0,88
2 1 0,43 0,36 0,26
2 0,63 0,56 0
0 - 0,15 -
3 1 - 0,28 -
2 - 0,245 -
Определение максимальных изгибающих моментов в середине пролета. Построение линии влияния показано на рис. 2.
Рис. 2. Линия влияния к определению Мт
= 0,125/2 = 0,125 • 16,162 = 32,64 м2;
I 16,16
: 4,04 м ;
0,5/ - 1,5 0,5 • 16,16 - 1,5 у2 = ух——— = 4,04—^ г ^ ^-= 3,29 м ;
Уз = У4
0,5/ 0,5 • 16,16
0,5/ - 1,2 0,5 • 16,16 - 1,2
У1—— = 4,04—^ г ^ ^— = 3,44 м ;
0,5/
0,5 • 16,16
0,5/ - 1,2 - 1,2 0,5 • 16,16 - 1,2 - 1,2
уч = VI-= 4,04-= 4,94 м .
Л 0,5/ , 0,5 • 16,16 ,
Нормативная временная нагрузка на тротуары
рг = 4 - 0,02Я = 4 - 0,02 • 16,16 = 3,67 кПа >2 кПа .
Коэффициенты надежности по нагрузке:
для тележки А14
для полосовой нагрузки
для нагрузки НК100
Динамические коэффициенты: для нагрузки А14
0,3 • 16,16
= 1,5--—-= 1,34 ;
30
К/л = 1,2 ; К/к- = 1,0 .
(1 + = 1 + ■
45 - I 135
= 1 +
45 - 16,16 135
= 1,215 ;
для нагрузки НК100
(1 + ^ = 1,1 . Изгибающий момент в балке №1 от нагрузки А14
М1 = + (1 + (мЫкмЧполКПУ^м + К/ЛГ^4ГКПУЛГ(У1 + У2)] +
+7/гРгКПУг^м = 27,5 • 32,64 + 1,215 X = Х [1,2 • 14 • 0,49 • 32,64 + 1,34 • 140 • 0,36(4,04 + 3,29)] + +1,2 • 3,67 • 0,26 • 32,64 = 1825,5 кНм . Изгибающий момент в балке №2 от нагрузки А14 и толпы на тротуаре
М2 = 27,5 • 32,64 + 1,215[1,2 • 14 • 0,63 • 32,64 + +1,34 • 140 • 0,56(4,04 + 3,29)] + 1,4 • 1.5 • 2 • 3,67 • 0,88 • 32,64 = 2695,3 кНм . Изгибающий момент в балке №1 от нагрузки А14 и толпы на тротуаре
М1 = 27,5 • 32,64 + 1,215[1,2 • 14 • 0,56 • 32,64 + +1,34 • 140 • 0,52(4,04 + 3,29)] + 1,4 • 1.5 • 2 • 3,67 • 0,88 • 32,64 = 2582,2 кНм . Изгибающий момент в балке №2 от нагрузки А14
М2 = 27,5 • 32,64 + 1,215[1,2 • 14 • 0,63 • 32,64 + +1,34 • 140 • 0,56(4,04 + 3,29)] = 2253,0 кНм . Изгибающий момент в балке №1 от нагрузки НК100
М2 = 27,5 • 32,64 + 1,1 • 1 • 250 • 0,28(4,04 + 2 • 3,44 + 4,94) = 2119,0 кНм . Таким образом, наибольший изгибающий момент возникает в балке №2 при загружении нагрузкой А14 и толпой на тротуаре.
Предварительно напряженная балка L=22,16 м
Предварительно напряженные балки длиной 22,16 м установлены на пролетных строениях №916. Балки изготовлены по типовому проекту вып.122-62 Союздорпроекта, инв.№172.
Нагрузки
Сбор постоянных нагрузок на 1 м длины пролетного строения выполнен в табл. 6.3.
Таблица 5
Постоянная нагрузка на 1 м длины пролетного строения_
№ п.п Вид нагрузки Нормативная, кН/м Коэффициент надежности Расчетная нагрузка, кН/м
1 Асфальт ездового полотна 25,8 1,5 38,64
2 Дополнительный железобетонный слой для выравнивания проезжей части 35,0 1,3 45,5
3 Гидроизоляция 4,65 1,3 6,1
4 Выравнивающий слой 16,3 1,3 21,15
5 Перильное ограждение тротуара 3,0 1,1 3,3
6 Барьер тротуара 5,6 1,1 6,2
Итого 99,35 130,8
7 Собственный вес 9-ти главных балок 114,0 1,1 125,0
Всего 213,35 255,8
Постоянная нагрузка на 1 балку: нормативная
213,35 Чп = —д— = 23,7 кН/м ;
расчетная
255,8
Ч = = 28,4 кН/м .
Временные нагрузки вычислены аналогично расчету балок длиной L=16,76м.
Расчеты выполнены аналогично балке /=16,76 м.
Результаты расчетов балок /=16,76 м и /=22,16 м занесены в табл. 6.
Таблица 6
_Результаты расчетов балок пролетных строений_
№ п.п Вид расчета Параметры Отношение расчетных параметров к несущей способности
от расчетных нагрузок несущая способность
Пролетное строение ¿=16,76 м
1 Расчет на прочность по изгибающему моменту, кНм 2695,3 2515 1,07
2 Расчет на прочность по поперечной силе, кН 705 540 1,30
Пролетное строение £=22,16 м
3 Расчет на прочность по изгибающему моменту, кНм 3850 3105 1,24
4 Расчет на прочность по поперечной силе, кН 745 585 1,27
Из табл. 6 видно, что несущая способность пролетных строений после восстановления и ремонта недостаточна для восприятия современных расчетных нагрузок А14 и НК100 по ШНК 2.05.0312.
Выводы
В результате отсутствия должного уровня эксплуатационного процесса в несущих конструкциях путепровода появились повреждения, влияющие на грузоподъемность сооружения:
пролетные строения - опорные участки ребер и плит всех пролетов путепровода повреждены солевой коррозией: защитный слой бетона утерян, арматура корродирована и потеряла сцепление с бетоном, бетон плит разрушен, арматура плит местами оборвана и деформирована. Длина поврежденных опорных участков балок - 0,4 - 1,0 м. Глубина карбонизированного бетона доходит до 5
см, степень коррозии арматуры на опорных участках от 10 до 95%;
По фактически измеренным механическим параметрам бетона и арматуры оценена степень надежности и аварийного риска несущих конструкций и установлено:
- из общего количества балок пролетных строений - 216 шт. замене подлежат - 74 шт. Остальные балки должны быть отремонтированы;
- все опоры подлежат усилению;
- все однокатковые опорные части необходимо заменить.
Расчеты пролетных строений с учетом усиления опорных участков балок показали, что их несущая способность недостаточна для пропуска современной нагрузки А14 и НК100 по ШНК 2.05.03-12. «Мосты и трубы».
Опыт реконструкции железобетонных мостов
показывает, что снятие отдельных промежуточных балок в поперечном сечении пролетного строения является технологически сложным процессом, требующим специальной техники и технологии для включения новой балки в работу пролетного строения. Поэтому замена одной балки может вызвать необходимость замены всех балок в пролете.
Технологически сложным является также устройство железобетонных рубашек для опор, т.к. наращивание сечения ригеля поверху требует снятия всех балок в пролете и приведет к увеличению доли постоянных нагрузок на фундамент.
Усиление несущих элементов путепровода до уровня, отвечающего требованиям пропуска современных нагрузок А14 и НК100, практически не представляется возможным и требует огромных материальных затрат, вероятно соизмеримых со стоимостью возведения нового путепровода.
Учитывая вышесказанное, рекомендуется путепровод демонтировать.
Литература
1. ШНК 2.05.03-12. Мосты и трубы/ Госархи-тектстрой Руз, Ташкент, 1997.
2. КМК 3.06.07-96. Мосты и трубы. Правила обследования и испытаний / Госархитектстрой Руз, Ташкент, 1996.
3. КМК 3.06.04-97. Мосты и трубы. Правила производства работ / Госархитектстрой Руз, Ташкент, 1997.
4. КМК 2.03.11-96. Защита строительных конструкций от коррозии/ Госархитектстрой РУз.
Ташкент, 1996.
5. ШНК 2.02.03-13. Свайные фундаменты/ Госархитектстрой РУз. Ташкент, 2013.
6. КМК 3.01.02-00. Техника безопасности в строительстве/ Госархитектстрой РУз. Ташкент, 2000.
7. МШН 32-2004. Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов. Ташкент, 2007.
8. Под ред. В.О. Осипова. Содержание и реконструкция мостов / / Учебник для вузов ж.д. транспорта.- М.: Транспорт, 1986.
9. Лившиц Я.Д. Примеры проектирования автодорожных мостов. Киев, 1987.
10. Гибшман М.Е. Проектирование транспортных сооружений. М.: Транспорт, 1986.
11. Мамажанов Р. Вероятностное прогнозирование ресурса железобетонных пролетных строений мостов. - Ташкент: Фан. - 1993. - 156с.
12. Чирков В.П. Вероятностные методы расчета мостовых железобетонных конструкций. - М.: Транспорт, 1980. - 128 с.
13. Мамажанов Р.К., Низамутдинова Р.З., Кильдеева О.И. Результаты обследования железнодорожных железобетонных мостов // Тр. Международной научно-технической конференции /ТАДИ. - 1996. - С. 102-105.
14. Бабушкин В.И. Физико-химические процессы коррозии бетона и железобетона. - М.: Стройиздат, 1968. -187 с.
