CC BY
8
УДК 624.21.012
К. I СОЛДАТОВ, М. К. ЖУРБЕНКО, С. В. КЛЮЧНИК, А. В. ГАРМАШ (ДПТ)
ПОР1ВНЯЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК КЛАСУ ЗАЛ1ЗНИЧНО1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННО1 ПРОГОНОВО1 БУДОВИ МОСТА
У статтi ствставляються двi методики визначення вантажопiдйомностi зал1зобетонно! прогоново! будо-ви пвд залiзницю (за опалубними кресленнями - теоретична та за прогинами ввд випробувального наванта-ження - практична).
Ключовi слова: вантажошдйомшсть, прогонова будова, тимчасове вертикальне навантаження, жорстшсть елементу, що згинаеться, прогин, клас
У публшаци [1] наведено методику визначення класу затзобетонно! прогоново! будови за даними прогину прогоново! будови вщ статично прикладеного експериментального навантаження. Не викликае сумшву, що клас прогоново! будови отриманий на основi реального статичного прогину е реальним класом, чого не можна сказати про клас який визначаеться за опалубними кресленнями та характеристиками бетону i арматури, що приймаються з вщповщ-них таблиць. Показник мщносп бетону прогоново! будови, навпъ отриманий за результатами випробування мщносп бетону неруйшвним методом (склерометр Шмiдта), в кращому разi можна вiднести до захисного шару бетону, а не
до основного бетону, що працюе разом з арматурою . Численш випробування мщносп бетону на прогонових будовах дають розбiжнiсть до 15 %, а за наявносп ушкоджень захисного шару бетону i бшьше.
Для порiвняльного розрахунку за двома методиками (зпдно з [2] та запропонованою) при-йнятi чотири залiзобетоннi ненапруженi прого-новi будови повною довжиною 11,50 м. (одна з яких розраховуеться за загальною методикою, а по трьох шших е результати статичних випро-бувань за прогинами i вони розраховуються за запропонованою методикою).
Вихiднi даш для прогонових будов зведенi у табл. 1.
Таблиця 1
Bii\i.ini данi для прогонових будов
Параметр Позна-чення I II III IV
1 2 3 4 5 6
Розрахунковий пропн, м 1р 10,80 10,80 10,80 10,80
Повна довжина, м 1 11,50 11,50 11,50 11,50
Вщстань м1ж осями блошв, м с 1,80 1,80 1,80 1,80
Фактична мщшсть бетону, МПа КГ 23,00 30,00 >60 20,00
Розрахунковий отр бетону прогоново!' будови, МПа на стиснення на розтяг К 9,40 12,00 >23,00 8,50
К 0,77 0,90 >1,35 0,65
Розрахунковий отр робочо! арматури прогоново! будови, МПа К 190,0 190,0 190,0 190,0
Модуль пружносп бетону (103), МПа Еь 27,00 30,28 73,58 24,98
Модуль пружносп арматури (105), МПа Е* 2,06 2,06 2,06 2,06
Вщношення модул1в пружносп при розрахунках на мщшсть та трщиностшшсть п 7,00 6,27 2,58 7,60
Динам1чний коефщент (головна балка) 1 + ц 1,487 1,487 1,487 1,487
Коефщент утфшаци класифкацп V 0,912 0,912 0,912 0,912
Коефщент зменшення динашчного впливу тимчасового навантаження е 0,89 0,89 0,89 0,89
© Солдатов К. I., Журбенко М. К., Ключник С. В., Гармаш А. В., 2012
1 2 3 4 5 6
Частка тимчасового навантаження, що припадае на головну балку 8 * 8е 0,567 0,633 0,567 0,633 0,567 0,633 0,567 0,633
Постшне навантаження вщ ваги прогоново! будови, кН/м Рр 34,00 34,00 34,00 34,00
Постiйне навантаження вiд ваги баласту з частинами коли, кН/м Рь 20,60 20,60 20,60 20,60
Площа поперечного перерiзу арматури у середиш прогону,м (10-) А. 136,68 136,68 136,68 136,68
Приведена товщина плити баластового корита, м К/ 0,238 0,238 0,238 0,238
Прогин прогоново! будови ввд випробувального навантаження, мм /в. - 2,10 1,80 2,17
Розрахунок головно! балки для трьох прого- методикою окрем1 (важлив1) параметри за за-нових будов виконуемо на мщшсть та витрива- пропонованою методикою обчислюються. лють. На вщмшу вщ розрахунюв за загальною Для зручносп розрахунюв вони наведеш у
табличнш форм1 (табл. 2).
Таблиця 2
Розрахунок головноТ балки на мщшсть за згинальним моментом та поперечною силою
Розрахунковi параметри Позначення I II III IV
1 2 3 4 5 6
Розрахунок за згинальним моментом
Робоча висота перер1зу балки в середин прогону, м К 1,234 1,234 1,234 1,234
Величина еталонного навантаження за схемою Н1, кН/м к 20,90 20,90 20,90 20,90
Висота стиснуто! зони бетону з враху-ванням стиснуто! арматури, м X 0,086 0,067 0,035 0,095
Граничний згинальний момент, кНм Мгр, 3089,7 3096,5 3129,1 3077,1
Площа лши впливу моменту, м2 о. 14,58 14,58 14,58 14,58
Згинальний момент вiд постiйних наван-тажень в серединi прогону, кНм 905,70 905,70 905,70 905,70
Допустиме тимчасове навантаження на головну балку, кН/м К 232,60 236,24 239,75 234,15
Клас головно! балки прогоново! будови в середиш прогону у розрахунках на мщшсть за згинальним моментом к 6,825 6,906 7,001 6,843
Розрахунок за поперечною силою
Робоча висота, м 1,295 1,295 1,295 1,295
Площа перерiзу хомупв, м2(10-4) 2,01 2,01 2,01 2,01
Довжина проекцi! невипдного похилого перерiзу на горизонталь, м с 3,18 (2,59) 3,43 (2,59) 4,21 (2,59) 2,92 (2,59)
Площа лши впливу поперечно! сили, м: для постшного навантаження для тимчасового навантаження 0 р о 2,61 2,97 2,61 2,97 2,61 2,97 2,61 2,97
1 2 3 4 5 6
Поперечна сила вщ постiйного наванта-ження, кН вр 162,10 162,10 162,10 162,10
Коефiцiент, що враховуе вплив хомутiв Фи- 1,070 1,078 1,190 1,064
Коефiцiент Фь 0,906 0,88 0,77 0,915
Гранична поперечна сила, кН в 2124,1 2653,7 4912,8 1928,9
Поперечна сила яку сприймае бетон, кН вь 598,30 769,24 1010,11 504,06
Гранична поперечна сила за похилою трщиною, кН в 1598,8 1769,74 2010,61 1504,56
Допустиме тимчасове навантаження, кН кв 668,20 747,13 859,06 623,88
Клас головно!балки К 15,60 17,44 20,05 14,56
Розрахунок головно! балки на витривалютъ ведемо для того ж перер1зу (середина прогону).
Оскшьки ми маемо фактичну мщшсть бетону, отриману за результатами вим1ру прогину
Розрахунок також представляемо у табличнш прогоново! будови, за даними табл. 4.7 [1]
форм! (табл. 3).
приймаемо щ сшввщношення. Це в свою чергу
На вщмшу вщ розрахунку на мщшсть необ- вносить корективи у визначення висоти стисло! хщно застосовувати шший коефщент вщно- зони бетону та приведеного моменту шерци шення модул1в мщност бетону та арматури при розрахунках на витривалютъ, яю вщобра-
(так зване «умовне сшввщношення»).
жеш у табл. 3.
Таблиця 3
Розрахунок головноТ балки на мщшсть за згинальним моментом та поперечною силою на витривалкть
Розрахунюж параметри I II III IV
1 2 3 4 5 6
Згинальний момент вщ постшних навантаженъ, кНм м; 796,10 796,10 796,10 796,10
Згинальний момент вщ тимчасового вертикального навантаження, кНм м 1 1523,8 1523,8 1523,8 1523,8
Асиметрiя циклу напружень - бетону - арматури Рь Ра 0,34 0,42 0,34 0,42 0,34 0,42 0,34 0,42
Коефщенти 8ь 1,12 1,12 1,12 1,12
8Р* 1,00 1,00 1,00 1,00
Розрахунковi опори при розрахунках на витривалкть, МПа бетону арматури К % 6,32 190,00 8,06 190,00 15,45 190,00 5,71 190,00
Умовне спiввiдношення модулiв пружностi бетону та арматури при розрахунках на витривалкть п1 23,50 20,00 10,00 25,00
Висота стисло! зони бетону, м X1 0,248 0,289 0,262 0,241
Момент шерци приведеного перерiзу (розрахунковий - I та експериментальний - II, III, IV), м4 0,328 0,268 0,160 0,352
1 2 3 4 5 6
Клас головно! балки за витривалютю бетону К 30,53 26,96 34,88 30,46
Допустиме вертикальне наваитаження за витривалiстю арматури, кН/м К 239,1 238,7 295,4 239,7
Клас головно! балки за витривалютю арматури к 7,01 7,00 8,69 7,03
Розрахунок для прогоново! будови I вико-нано за загальною методикою 1 отримаш класи прогоново! будови.
Прогонов! будови II, III з реальних об'екпв на яких виконаш випробування з вим1ром про-гину прогоново! будови в середин! прогону. Для об'екта IV прогин взятий з наведеного графша, який побудовано за результатами чис-ленних вим1р1в прогишв прогонових будов 1 пропонуеться для використання у тих випадках, коли вщсутш даш по прогинах прогонових будов при випробуванш.
У даному випадку за рекомендованою методикою розрахунок починаеться з визначення приведено! жорсткосп прогоново! будови за формулою [1]
Е1геа -
• 14
384 /в1
(1)
Отримане значения Е1гес1 дозволяе з вираз1в (2) отримати експериментальне значення Еь , оскшьки л1ва частина - це конкретне число.
Е I -
Ьг(х')3 • Еь (Ь/ -Ь)• (х'-К/)3 • Еь
+ ЕХ (X'-а; )2 + ЕА (к0 - х')
(Ь/ - Ь)+Е- (А + а; )
еь
X - —
(Ь/ - Ь)+Е- (а; + а; )
еь
'Еь
К/(Ь/ -Ь) + 2^(АЛ + А;а;)
(2)
Права частина мае лшшш параметри, як з яких знаходимо невщом! величини ЕЬ та х ',
для в°1х трьох прогонових будов е однаковими. враховуючи те, що л1ва частина першого р1в-Тому маемо наступний вигляд системи р1внянь, няння е величина шдома
Е1гей - 0,8167 • (х')3 • ЕЬ -0,6167 • (х'-0,238)3 • ЕЬ + 66,25 • (х'-0,038)2 •Ю4 + 281,6•104(1,234-х')
'\2
579 75 х ' --0,7338 - 57975 •Ю4
С 5792 52
0,7338 + 5792,52-104
700 •ю4
(3)
Пюля подстановки даних отримуемо систему значень приведено! жорсткосп прогоново! бу-р1внянь яку розв'язуемо три рази (для трьох дови: 3,587; 4,185 та 3,471 МПа зпдно табл. 3)
Е1геа - 0,2(х ')3 • ЕЬ + 0,4403(х ')2 • ЕЬ - 0,1048(х ') • ЕЬ + 0,0083 • ЕЬ + 347,85 • (х ')2 -104 --700 • (х ') -104 + 428,9 -104
(х ')2 • ЕЬ +1,4676(х ') • ЕЬ +1159,5(х ') • 104 - 700 • 104 - 0.
(4)
Отримаш значення висоти стисло! зони бетону (х ') та модуля пружносп бетону ЕЬ для трьох випадюв вщповщають значенням реально вим1ряних величин { дозволять використати !х для подальших розрахунюв.
Подшивши приведену жорстюсть на отримаш значення модуля пружносп маемо реаль-ний приведений момент шерци 1гей . Кр1м того по значенню модуля пружносп бетону прийма-
емо за [1] значення розрахункового опору бетону на стиснення та на розтяг.
Виконаш розрахунки наведен! у табл. 1, 2, 3, де видшеш величини, як в тш чи шшш м1р1 залежать вщ експериментально отриманого прогину прогоново! будови. Як видно, класи визначеш теоретично та за прогином дуже близью, але це тшьки тому, що прогини прогонових будов вщр!зняються незначно.
В реальних умовах при випробуванш розбь жнiсть у величинах прогинiв однотипних прого-нових будов бувае значною. Випробування серп однотипних прогонових будов одним i тим же навантаженням, якi ще не експлуатувались, а знаходяться на площадцi заводу МЗБК, дають розбiжнiсть у прогинi до 30...80 %. Ще бiльша розбiжнiсть бувае у тому випадку, коли прого-новi будови виготовленi на рiзних заводах. Як-що проанашзувати весь процес виготовлення прогоново! будови, то ця рiзниця поступово на-копичуеться за рахунок наступних чинниюв:
1. Хоча i незначно!, але рiзницi у самому арматурному каркас (розташування по горизо-нталi та вертикат стержнiв робочо! арматури, хому^в).
2. Рiзницi у складi бетону (тсок, щебiнь, цемент, вода) як за яюстю так i за спiввiдношенням.
3. Вiдхиленнями у режимi термiчно! обро-бки (пропарювання).
4. Вщхилення у товщинi захисного шару бетону.
5. Температурний режим в якому зберша-еться прогонова будова на площадщ пiсля !! вилучення з пропарювально! камери (лгго, зима, дощ, спека, холод).
6. Рiзний характер усадки бетону, зчеп-лення бетону з арматурою.
Це яскраво шдтверджують даш табл. 1 [1] де для прогоново! будови розрахунковим прогоном 10,80 м наведеш реальш даш прогишв, отриманi при випробуваннях: 2,10; 1,24; 2,17; 1,05; 1,52 мм. Розбiжнiсть складае 200 %. Тео-
ретично розраховаш класи даних прогонових будов за опалубними кресленнями будуть од-наковими, а розраховаш за результатами прогишв значно рiзними.
Тому можна було б запровадити обов'язковими випробування прогонових будов з вимiрюванням прогину в середиш прогону на заводах МЗБК однотипним контрольним стати-чним навантаженням i вщображати результат у вщпускному документi (паспортi). Це дасть можливють розподiляти однотипнi прогоновi будови по гатунку i ^м того зразу визначати клас прогоново! будови за графшами прямо! залежностп К = f (fmn ).
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Солдатов, К. I. Визначення клас1в зал1зничних зал1зобетонних прогонових будов мослв за величиною пружних прогишв [Текст] / К. I. Солдатов, М. К. Журбенко, С. В. Ключник.
2. Правила визначення вантажопщйомносл балко-вих зал1зобетонних прогонових будов зал1знич-них мослв [Текст] / В. I. Борщов i ш. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2003. - 404 с.
3. Пшшько, О. М. Настанови 1з ремонту бетонних i зал1зобетонних конструкцш моспв i труб, що експлуатуються [Текст] / О. М. Пшшько i ш. -К,: Вид-во ТОВ «Швидкий Рух», 2006. - 280 с.
Надшшла до редколегн 23.07.2012. Прийнята до друку 13.07.2012.
К. И. СОЛДАТОВ, М. К. ЖУРБЕНКО, С. В. КЛЮЧНИК, А. В. ГАРМАШ (ДИИТ)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ КЛАССА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ МОСТА
В статье сопоставляются две методики определения грузоподъемности железобетонного пролетного строения под железную дорогу (по опалубочным чертежам - теоретическая и по прогибам от испытательной нагрузки - практическая).
Ключевые слова: грузоподъемность, пролетное строение, временная вертикальная нагрузка, жесткость изгибаемого элемента, прогиб, класс
К. I. SOLDATOV, M. К. ZHURBENKO, С. V. KLYUCHNIK, А. V. GARMASH (Dnepropetrovsk National University of Railway Transport)
THE COMPARATIVE CALCULATION OF THE CLASS OF THE REINFORCED CONCRETE SPAN OF THE RAILWAY BRIDGE
Two methods of determining the bearing capacity of the reinforced concrete span of the railway bridge are compared in this article (theoretical by considering the formwork drawings and the practical by considering the sag under the test load).
Keywords: bearing capacity, span, temporary vertical load, bending stiffness of the element, deflection
