CC BY
33
УДК 625.151.2(063)
М. СЫЧЕВСКИ (Политехника Белостока, Польша)
ЗОНА ДИСПЕРСИИ В СТРУНОБЕТОННЫХ БРУСЬЯХ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ
Представлено BapiaHTH, що застосовуються для визначення розподшу напруги в попередньо напружених елементах. Запропоновано авторський метод визначення зони розпод^ напруги в струнобетонних брусах стршочних пеpеводiв.
Представлены применяемые варианты определения распределения напряжений в преднапряжённых элементах. Предложен авторский метод определения зоны распределения напряжений в струнобетонных брусьях стрелочных переводов.
The applied variants for determination of distribution of tensions in prestressed elements are presented. The author's method for determination of area of distribution of tensions in the stringed concrete squared beams of switches is suggested.
В Польше изготавливали струнобетонные шпалы 1КБК-7 с напрягаемой арматурой в виде прядей 7 0 2,5 мм. Производство шпал выполнялось на длинных стендах для изготовления предварительно напряжённых элементов с натяжением арматуры на упоры. Такая технология имела свои недостатки и достоинства. В шпалах и брусьях стрелочных переводов расстояние между торцом элемента и подрельсо-вым сечением составляло только 500 мм. В струнобетонных шпалах и брусьях стрелочных переводов в подрельсовом сечении не создавалось эффективное напряжение ввиду того, что длина анкеровки арматуры была больше, чем расстояние между торцом элемента и подрель-совым сечением. При других видах арматуры получились такие же недостатки.
Прогрессом в производстве шпал и брусьев стрелочных переводов было применение новой технологии преднапряжения и новой развязки зоны анкеровки напрягающей арматуры.
Новые брусья приняты в виде балок постоянного поперечного сечения. Поперечное сечение брусьев запроектировано трапециевидным с основаниями 260 мм (верхнее), 290 мм (нижнее) и высотой 210 мм. Армирование бруса состоит из 12 стальных стержней диаметром 8 мм. Напрягающее усилие, после учёта потерь напряжения, равно 551,52 кН. Величина эксцентриситета равнодействующей напрягающей силы относительно центра тяжести поперечного сечения бруса составляет 5 мм. Брусья изготавливаются из бетона М50. В зоне анкеровки на арматурных стержнях путем высадки создавались головки типа ББЯУ и использовались стальные плиты с отверстиями. Площадь плиты для двух стержней равна 17,4 см2. Натяжение арматуры производилось с упором на стальные
формы, а преднапряжение элемента выполнялось после бетонирования, уплотнения и пропарки. Анкеровка арматуры производилась за счёт передачи напряжений на бетон с помощью анкеров в виде высаженых головок и стальных плит.
В зоне анкеровки образуется пространственное напряжённое состояние, и в связи с этим следует проверить бетон на местное сжатие, растягивающие напряжения в поперечном направлении и предупреждение выколов бетона. Указанное напряжённое состояние возникает на длине от торца элемента равной его высоте [1, 2].
В работе [2] предлагаются два варианта расчёта зоны анкеровки. В первом варианте рассматривается отрезок элемента длиной, равной его высоте (считая от торца). Определяется равновесие отрезка элемента при загружении торцевой поверхности силами, возникающими от напрягаемой арматуры, а в сечении на расстоянии, равном высоте элемента, учитываются напряжения нормальные и касательные. Во втором варианте зону анкеровки заменяют фермой, вычисляют силы в растянутых и сжатых стержнях и применяют ненапряжённую арматуру.
В европейских нормах (РК-ЕК 1992-11:2008) предполагается, что распределение напряжений в бетоне от напрягающей силы происходит под углом распределения величиной 2р = 67,4° . С учетом угла распределения определяется такое первое (считая от торца) поперечное сечение элемента, в котором эпюры нормальных напряжений будут линейными.
На рис. 1 представлены два варианта зоны распределения напряжений в брусе.
© Сычевски М., 2010
Рис. 1. Определение зоны распределения напряжений согласно рекомендациям нормы РМ-БМ 1992-1-1:2008
Для первого варианта показано распределение при действии двух сил Р, а для второго -при действии четырёх сил Р\. Сила Р1 равна напрягающей силе в одном стержне 0 8 мм. Из полученных результатов следует, что в первом варианте на расстоянии 92 мм от торца образуется линейная эпюра нормальных напряжений в бетоне элемента, а во втором это расстояние равно 71 мм. Эти результаты дают возможность определять положение сечения, в котором происходит полное предварительное напряжение бетона. Полученные растяжения слишком малы по сравнению с высотой бруса (210 мм). Безусловно, в брусьях в зоне анкеровки необходимо проверять экстремальные напряжения и применять косвенное жнапрягающее, по конструктивным соображениям, армирование. Кроме того, необходимо определить зону распределения. Зона распределения начинается в торце элемента в точке на оси напрягающей арматуры [5]. При определении зоны распределения не учитывались размеры анкерных устройств. В действительности размеры анкеров непосредственно влияют на величину зоны распределения. Площадь контакта анкеров с бетоном торца элемента влияет на местное сжатие бетона, а также на величину зоны распределения. Основным свойством анкерных устройств является их большая жёсткость, и поэтому усилие с напрягаемой арматуры передаётся на бетон равномерно на всей площади анкеров.
Автором выполнен анализ нормальных напряжений в зоне анкеровки с целью определения зоны распределения. Расчёты бруса проведены методом конечных элементов для случая загружения его только сосредоточенными силами, имитирующими предварительное напряжение. Напрягающие силы заменялись силами, действующими в узлах сетки дискретизации. Проведен анализ и получены эпюры нормальных напряжений в сечениях бруса. Зона распределения определяется как расстояния между анкерными плитами и сечениями, в которых эпюры нормальных напряжений будут линейными. За пределами зоны распределения нормальные напряжения остаются постоянными. Результаты расчётов характеризуются тем, что на нижней и верхней гранях бруса нормальные напряжения увеличиваются по мере отдаления от сечения, в котором установлены стальные плиты (анкеры). За пределами зоны распределения образуется эффект полного преднапря-жения бетона. На основе результатов расчетов, приведенных на рис. 2, длина зоны распределения равна 230 мм от стальных анкерных плит. Длина зоны распределения, определённая согласно указаниям нормы PN-EN 1992-1-1: 2008, является в 2,5 раза меньше по сравнению с длиной, определённой на основе анализа нормальных напряжений.
та я
о
та
Е «
о та
« Е
«
рэ
го «
Я
Я;
Cd
u> О
я
го
а:
Я
й о
та
о
Cd
-ё S
та Е
о\
та
^
о а:
го Й о Л
я
о
<-¡
о я
го та го Cd О to а:
Заключение
Предложенный метод определения зоны распределения на основе расчета нормальных напряжений является несравнимо более убедительным, чем способ, рекомендованный в нормах [5], или устаревшая схема заменяющих ферм [2] со сжатыми и растянутыми условными стержнями.
В большинстве преднапряжённых элементов максимальный изгибающий момент образуется на большом расстоянии от зоны анке-ровки арматуры. Зона распределения напряжений в местах расположения анкеров для таких элементов не имеет существенного значения. Брусья и шпалы являются специфическими изгибаемыми элементами, в которых подрельсо-вое сечение расположено на расстоянии 500 мм от торца, и поэтому определение сферы дисперсии является важным фактором при определении несущей способности и трещиностойко-сти подрельсового сечения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Praca zbiorowa pod redakj B. Lewickiego: Konstrukcje betonowe, zelbetonowe i spr^zone. Komentarz naukowy do PN-B-03664:2002 [Текст]. - Warszawa: Instytut Techniki Budo-wlanej, 2005.
2. Sekcja konstrukcji betonowych KILiW PAN -praca zbiorowa: Podstawy projektowania konstrukcji zelbetonowych i spr^zonych wedlug Eurokodu-2 [Текст]. - Wroclaw: Dolnosl^skie Wydawnctwo Edukacyjne, 2006.
3. Syczewski, M. Obliczanie podkladów na spr^zystym podlozu [Текст] / M. Syczewski // Analiza badania ich rysoodpornosci. - Bialystok: ZN. PB., 1985.
4. Syczewski, M.: Badanie sfery zakotwienia w podrozjazdnicach SP-93 [Текст] / M. Syczewski, R. Tribillo, J. Wiszniewski // Bialystok, ZN. PB. -1998. - № 18.
5. PN-EN 1992-1-1:2008. Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu. Cz^sc 1-1. Reguly ogólne i reguly dla budynków [Текст]. - Warszawa: PKN, 2008.
Поступила в редколлегию 09.03.2010.
Принята к печати 14.03.2010.
