автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Условия применения составных по длине железобетонных пролетных строений автодорожных мостов в Сирийской Арабской Республике

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЛВТОМОБИЛЫЮ-ДОРОНШНЙ ИНСТИТУТ

НУХАНМАД ЕЗЭЕДИН МОХАММАД

На правах рукописи

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ СОСТАВНЫХ ПО ДЛИНЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТ1ШХ СТРОЕНИЙ АВТОДОРОНШИХ МОСТОВ В СИРИЙСКОЙ АРАБСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ

Специальность 05.23.15 - "Мосты и транспортные тоннели"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1?. Р

Москва - 1992 »

Работа выполнена на кафедре "Мосты и транспортные тоннели" Московского ордена Трудового Красного Знаиени автомобильно-дорожного института .

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор П.М.Саламахин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор 0. АЗ Лужин кандидат технических наук, В.С.Вольнов

Ведущая организация:

Союздорпроект

Защита состоится "/О" и9 1992 г., в 'Лт—часов на заседании специализированного совета ВАК СССР К.053.30.03 при Московском автоиоОильно-дорожнои институте по адресу: 125829, г.Москва А-319, ГС1М7, Ленинградский проспект, 64, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Телефон для справок: 155-01-38.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направлять в специализированный совет института,

Автореферат разослан " " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета К.053.30.03 кандидат технических наук, доцент

0.В.Воля

- . ,- I

' - ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость постановки данной диссертационной работы определилась следующими о б стоятельствами:

1. Мостостроение в Сирийской Арабской Республике вплотную подошло к необходииости использования неразрезных пролетных строений с пролетами 63 и и более.

2. Необходимостью выбора для .условий САР рациональных конструктивных решений и технологии строительства нераэрезных пролетных строений на основе анализа мирового мостостроения.

В Сирийской Арабской Республике до настоящего времени при строительстве даже крупных мостов используются разрезные пролетные строения, составленные из сборных предварительно-напряженных балок. На построенных в последние 10...15 лет в САР мостах обращает на себя внимание "частокол" опор, что связано с применением пролетов величиной не более 24...42 м. Наиболее характерный в этом отношении является виадук Аль-Гами с длиной пролетов 42,3 и и высотой промежуточных опор до 60 м, что представляется нерациональным с технической и с архитектурной точки зрения. Необходим переход к применению неразрезных пролетных строений с пролетами более 42 н.

Одно из прогрессивных направлений мирового мостостроения-строительство составных по длине сборных предварителыю-напря-жекных пролетных строений^с клеевыми стыками. Ему свойственна высокая индустриальность изготовления и монтажа, высокие темпы сборки, независимость от климатических и местных условий. В СНГ накоплен большой опыт проектирования, строительства и эксплуатации мостов с такими пролетными строениями. Однако, до настоящего времени надежность и долговечность этих мостов зы-

зывает сомнения. Эти сомнения-поддерживается случаями отказо мостов составными по длине пролетными строениями, имевшим место в СНГ, а также имевшей место аварией моста на р.Сухона г. Великий Устюг. Прежде чем давать рекомендации по применени составных по длине пролетных строений в условиях САР необходи мо было детально изучить особенности конструктивного их реше ния, технологии изготовления" и монтажа, особенности их расче та.

Цель работы - анализ особенностей конструктив ного решения и технологии строительства составных по длин пролетных строений автодорожных мостов и выработка рекомеыда ций по их применению в условиях Сирийской Арабской Республик»

Основной задачей работы являлос выявление резервов несущей способности плоских клеевых шве составных по длине пролетных строений при работе их на попе речную силу при условии их качественного выполнения, вырабои рекомендаций по учету их несущей способности при расчете cti ков на сдвиг.

К осно в.н.ы м результатам работ

относятся:

- данные экспериментального исследования.несущей спосо< ности клеевых швов на сдвиг в зависимости от интенсивности i обжатия;

- методика оценки долговечности клеевых швов при расче: стыков на поперечную силу;

- анализ причин и механизма разрушения моста через р.С: хону в г. Великий Устюг;

- рекомендации по условиям применения составных по длю пролетных строений автодорожных мостов в условиях Сирийсю Арабской Республики.

Научную новизну раОо'ты составляют:

- экспериментальные зависимости прочности клеевых и сухих швов в зависимости от интенсивности их обжатия;

- методика оценки долговечности клеевых швов при постоянной и переменной нагрузке;

- рекомендации по учету клеевых швов при расчете стыков на поперечную силу;

- анализ механизма разрушения моста через р.Сухону в г. Зеликий Устюг.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментального исследования зависимости 1рочности клеевых и сухих швов в зависимости от интенсивности мс обжатия;

- методика определения долговечности клеевых швов при ра-Зоте их на постоянную и переменную нагрузки;

- рекомендации по учету клеевых швов при расчете стыка на юперечную силу;

- анализ механизма и причин разрушения моста через р.Су-сону в г. Великий Устюг.

Практическое значение работы »аключается:

- в выработке рекомендаций по учету несущей способности слеевых швов на сдвиг при расчете стыков на поперечную силу;

- в выработке рекомендаций по рациональным уровням обжа-:ия плоских стыков составных по длине пролетных строений автохромных мостов;

- в определении условий применения составных по длине 1ролетных строений автодорожных мостов в условиях Сирийской 1рабской Республики;

- в обосновании механизма и причин разрушения моста через

р.Сухону в г. Великий Устюг.

Работа выполнена в 1985...1991 г.г. на кафедре "Мосты и транспортные тоннели" Московского автомобильно-дорожного института. -Автор приносит благодарность всему коллективу кафедры и лаборатории за помощь, оказанную еиу в период выполнения и завершения работы.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях Московского автомобильно-дорожного института (Москва 1987...1991 гг.).

Структура и о Иен работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций. Содержит 185 страниц машинописного текста, 70 рисунков, п таблиц. Список литературы включает Н2 наименований, в том числе 2? зарубежных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложено обоснование актуальности темы и приведена общая характеристика работы.

Впервой главе приведен выполненный анализ особенностей конструирования и расчета составных по длине пролетных строений железобетонных мостов по действующим в СНГ нормативным документам.

Отмечены известные достоинства этих конструкций: индуст-риальность изготовления и монтажа, высокие темпы сОоркь. независимость от местных и климатических условий. Эти достоинства используются в СНГ широко, так как техническая политика в мостостроении здесь определяется строителями, заинтересованными во внедрении зтой технологии, но не несущими ответствен-

ности за состояние мостов в течении всего их срока службы.

Показаны также недостатки составных по длине пролетных строений, вытекающие из факта поперечного членения пролетных строений на блоки и относящиеся к надежности и долговечности их:

- поперечные швы являются искусственно внесенными дефектами пролетных строений с точки зрения работы их на поперечную силу, так как конструктивная арматура блоков в них прерывается и поперечная сила воспринимается в "основном силами трения;

- силы трения, создаваемые усилием предварительного обжатия стыка, во времени могут уменьшаться до величин, не обеспечивающих восприятие поперечных сил;

- нормами проектирования несущая способность клеевых швов не учитывается, что не способствует строгому соблюдению технологии склеивания на объектах;

- повышенные расходы напрягаемой арматуры в связи с недопущением растягивающих напряжений в швах и необходимостью восприятия поперечной силы только силами трения;

- необходимость*) применения бетонов с прочностью не менее чем 13-40;

- нечеткость рекомендаций СНиП 2.05.03-24 по расчету клеевых швов на стадии эксплуатации пролетных строений.

Реабилитация плоских клеевых швов возможна только путем доказательства возможности включения их в работу по восприятию поперечной силы, в противном случае применение плоских клеевых швов представляется опасным, так как восприятие поперечных сил только силами трения таит возможность потери несущей способности из-за потери во времени усилий предварительного натяжения.

На основе выполненного анализа сформулированы цель и за-

дачи диссертационной работы.

Во второй главе "Физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства эпоксидного клея, используемого для склеивания бетона составных пролетных строений" рассмотрены основные требования к клеевым составам для склеивания бетона, адгезионные и когезиовные свойства эпоксидных сиол, влияние атмосферных воздействий на прочность эпоксидных клеев на основе анализа работ специалистов СНГ и других стран ( Игонин Л.А., Горшкова В.М., Серегин И.Н., Фрей-дин A.C., Захаров Л.В., Микульский В.Г., Саканский Ю.И., Дйонсон, Мур и др.) К настоящему времени усилияыи этих исследователей достаточно подробно изучены физико-механические и технологические свойства клеев, используемых для склеивания бетонов. Вопросы долговечности клеевых соединений изучены в меньшей мере, поэтому в работе было уделено внимание методическим вопросам определения'долговечности клеевых композиций. В качестве теоретической основы для этого была ' использована температурно-временная зависимость прочности твердых тел, установленная академиком ¡Зурксвыи С.Н. с учениками.

При ее анализе получена зависимость прочности материала б от абсолютной температуры Т, времени *С действия нагрузки, постоянной Больцмана К и постоянных материала: То, Uo, 8

KT „ «с u° - 1ZT -г

Показано, что для практического использования Формулы (I) необходимо знание параметров Uo и X.

Предложено два способа определения этих параметров. Первый из них (Рис.1) предполагает испытания при двух различных температурах, второй (Рис.2) - при нормальной температуре, что

б" - 8 -

Г "

- & 11 ^^^^ .

11 1 Iх II II

II II 1. 1 1

II II II 1, Г

/?„7- ьт

Рис. I., Перши способ определения постоянных клеевой композиции"

Рис. 2. второй способ определения постоянных клеевой композиции

основано на известных данных о ток, что для полимерных материалов То = 10 с.

Установив значения Uo и H по формуле (I) представляется возможным вычислить математическое ожидание долговечности, а приняв нормальный закон распределения логарифма долговечности и задавшись обеспеченностью 95% можно вычислить нормативное значение долговечности, соответствующее постоянному напряжению б, по формуле:

Uo - Х»б

•С. = ( i - 1,645 — ) «СоГ**~" (2)

•С

и нормативное значение расчетного сопротивления по формуле:

R - IT- - TTST*-2- (3>

55 * *ЗВ <o(i- 1.645

•с

Долговечность клеевых соединений при переменных напряжениях, характерных для мостовых конструкций, предложено оценивать с использованием принципа линейного суммирования относительных повреждений с учетом представления периодического закона напряжений суммой прямоугольных импульсов (Рис.3) по формуле :

П ------( Ч >

То 2 -V4

•С »[«SiJ

где *С j[ б j] - определяется по формуле (2), То - период изменения нагрузки.

В третьей главе изложены результат! экспериментальных исследований несущей способности на сдви: плоских сухих-и клееных стыков при различной степени их обжа тия. Клеевые швы в. составных по длине пролетных строения; всегда обжаты и это благотворно влияет на их несущую способ

Рис. 3.. Представление периодического загруяелия в вид» суммы прямоугольных импульсов

ность при сдвиге. Изучение« этого влияния занимались Захаро! Л.В., Мельников Ю.П. и Петров А.Н. Они свидетельствуют о более высокой эффективности клеевых стыков по сравнению с сухиш и положительным влиянием обжатия. Тем не менее до настоящей времени несущая способность клеевых швов на сдвиг при расчета; не учитывается, то есть не принимается во внимание резерв! несущей способности клеевых швов на сдвиг. Для выявления эти: резервов автором было выполнено экспериментальное исследова' ние.

Для обеспечения исследования автором была спроектирован; и изготовлена специальная оснастка, схема которой приведена к. рис.Она обеспечивала обжатие трех последовательно соединен ных бетонных кубиков усилиями различной величины, создаваемы домкратами и насосной установкой. Усилие сдвига создавалос испытательной машиной с максимальным усилием 100 тс.

Были изготовлены две серии образцов: с сухими и клееным соединениями. В каждой серии было 6...8 групп образцов, обжи маемых различными напряжениями. В каждой группе было от 5 д 10 одинаковых образцов. Испытания производились в следующе последовательности:

- образец в оснастке обжимался напряжением, принятым для соответствующей группы образцов;

- образец загружался сдвигающим усилием до разрушения;

- вычислялись средние по плоскости разрушения напряжени сдвига и соответствующие им напряжения обжатия.

Результаты испытаний приведены на графике рис.5.

Статистическая обработка этих данных и их анали:) позволи сделать следующие выводы:

I. В исследованном диапазоне напряжений обжатия бетон (от мПа до 25 мПа) сопротивление сдвигу сухих стыкс

Стойка Усилие сдвига Пластина

Рис. 4;- .-Схема конструкций оснастки для испытаний образцов в-лаборатории-испытаний мостов МАДИ

Интенсивность обжатия стыка в МПа, ё Т - по средним значениям й - по зависимости 3.17. Ш - по зависимости 3.16. .

Рис. 5. . Данные испытания клееных стыков.

Эмпирические зависимости 3.17 и 3.18

практически пропорционально напряжению обжатий.

2. Коэффициент, трения для сухих стыков в исследованной диапазоне обжатия бетона практически не зависит от интенсивности обжатия, его численное значение, полученное методом наименьших квадратов, составляется 0,836.

3. Прочность при сдвиге клееных стыков превышает прочность сухих стыков при интенсивности обжатия от 5 до 15 ыПа в 2,5...1,5 раза.

С возрастанием напряжений обжатия разница в прочности сухих и клееных стыков уменьшается.

С использованием метода наименьших квадратов получена эмпирическая зависимость прочности «С клеевого шва от интенсивности его обжатия б .

«с = - 0.0202 б 2 4 1.084359 б + 6.86 ( 5 Г

Эта зависимость в дальнейшем использована для назначения расчетных сопротивлений клеевого шва сдвигу.

•В четвертой главе произведен анализ причин и механизма разрушения моста через р.Сухону в г. Великий Устюг. Данная работа выполнялась под сильный влиянием аварии этого моста, пролетное строение которого было составлено-из блоков с использованием поперечных плоских стыков. Для суждения о перспективах применения этой конструктивной формы важно было уяснить причины и механизм разрушения моста.

Разрушение произошло в крайнем пролете неразрезной части моста (Рис.б). Конструкции пролетного строения были применены только горизонтальные пучки арматуры по нижнему и верхнему поясам, а в первом стыке у устоя применены пучки только по нижнему поясу.

Вид на зависимую часть крайнего пролёта с системой пучковитного пояса,заанкеренных в обрушенной чрсте

На основе анализа результатов осиотра характера и обьемов разрушения установлена следующая последовательность и механизи разрушения пролетного строения:

1. Уже в начале эксплуатации цоста несущая способность опорного стыка была недостаточна для восприятия поперечной силы. За счот проникновения влаги в шов несуцая способность клеевого шва уменьшалась, поперечная сила вследствие происшедших потерь усилий предварительного натяжения стала восприниматься за счет сил среза пучков арматуры.

2. Возникшие крутяцие моменты от временных нагрузок постепенно разрушали пучки, начиная с наиболее удаленных от оси моста.

3. После разрушения всех пучков в опорном стыке на первой промежуточной опоре образовалась консоль с нерасчетным напряженным состоянием.

Произошло разрушение пролетного строения в стыке 19, в ■ котором по условиям работы арматуры з верхней , зоне создалось наиболее невыгодное напряженное состояние.

5. Консоль стала вращаться относительно центра растянутой арматуры в стыке 19 до момента падения приопорного блока на откос.

6. Накопленная в процессе врацения кинетическая энергия . перешла в энергии деформации и разрушения пролетного строения

и создала в стыке 19 такую динамическую реакцию, которая обеспечила разрушение верхней арматуры в стыке 20 и обрушение блока 20.

7. Пучки нижнего пояса, заанкеренные в обрушенной части пролетного строения предотвратили дальнейшее разрушение крайнего и следующих пролетов (Рис.7).

Разрушение пролетного строения произошло вследствие следующих причин:

I. Неудовлетворительное конструктивное решение крайнего пролета: ' в стыке между опорный и следующий блоками этого пролета применена напрягаемая арматура в виде горизонтальных пучков, размещенных только по нижнему поясу, а также нерациональное соотношение крайнего к следующему пролету (63:70 = 0.9), способствовавшее увеличению опорной реакции на устое.

2. Некачественная подготовка поверхности бетона блоков в стыке между опорным и следующим блоком, не обеспечивающая необходимую адгезию клея.

3. Отсутствие квалифицированного наблюдения за состоянием ыоста в процессе его эксплуатации. Процесс разрушения пролетного строения протекал длительно и мог быть не допущен при наличии нормальной службы содержания ыоста. .

В пятой глазе приведены рекомендации по условиям применения клееных стыков в составных по длине про-" летных строениях железобетонных мостов.

Рекомендации включают:

I. Формулу для расчетного сопротивления сдвигу' клеевого шва на основе эпоксидной смолы ЭД-20 в зависимости от уровня его обжатия с учетом срока службы 100 лет и статистического разброса значений прочности при напряжениях обжатия в пределах от 0 до 25 мПа в следующем виде:

(и = 1.48 ♦ 0.235 (5 - 0.00438 б2. ( б )

Она получена на основе формулы (I) с учетом обоснованных коэффициента однородности К .д. = 0.62 и коэффициента длительного сопротивления Кдя = 0.35.

2. Целесообразные уровни обжатия клееных стыков: от 3 до 12 иПа.

Они получены на основе анализа графика рис.8, по оси аб-цисс которого приведена интенсивность обжатия шва в иПа, а по оси ординат отношение прочности клеевого шва при сдвиге, обжатого напряженней к прочности необжатого шва..

3. Формула для определения несуцей способности плоского стыка на сдвиг:

н

О = 5 8(Ь) [1.48 ♦ 0.235 «5 (К) - 0.00438. с'(МЛ ( 7 )

о

где ё(1"1) - ширина клеевого шва на высоте И от нижней кромки стыка в пределах расчетной плоцади поперечного сечения на сдвиг; б (1*1) - сжимающее напряжение в стыке на высоте К от нижней кромки стыка;

Н - высота сечения стыка.

4. Области и условия возможного применения составных по длине пролетных строений железобетонных автодорожных мостов в условиях САР.

Области применения: неразрезные пролетные строения при пролетах 42 и и более.

Условия применения:

- ввоз блоков из стран, где их производство налажено;

- на первоначальном этапе . строительство ведется строительными организациями тех же стран;

- строительная фирма, осуществляющая строительство должна нести полную экономическую ответственность за состояние построенных мостов в течении согласованного срока их эксплуатации;

Изменение интенсивности нарастания прочности при сдвиге при увеличениии уровня обжатия стыкг

Рис. 8. К выбору рационального уровня обжатия клеевого шва

- строгое соблюдение технологии склеивания блоков;

- применение не плоских, а зубчатых стыков;

- постановка наклонных пучков.напрягаемой арматуры в приборных зонах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ '

В соответствии с поставленной целью в работе изучены осо-5енности конструкций и технологии строительства составных по цлине железобетонных пролетных строений автодорожных мостов и выработаны рекомендации по применению их в условиях Сирийской Арабской Республики.'

Основные результаты, вызоды и рекомендации, содержащиеся в работе, сводятся к следующему:•

1.Адгезионные и когезионные. свойства эпоксидных'клеевых композиций при строгом соблюдении технологии склеивания бетонов обеспечивают прочность соединения при сдвиге, не уступавшую прочности бетона при сдвиге. Это дает основание применять их з качестве конструкционного материала в несущих бетонных и келезобетонных конструкциях.

2.На основе кинетической теории прочности -твердых тел предложена методика экспериментального определения параметров длительной прочности клеевых соединений.

3.Долговечность клеевых соединений при циклическом нагру-кении предложено оценивать с использованием принципа линейного суммирования повреждений. При этом предложено использовать циаграмны долговечности 6 - -Ез *С. которые могут быть получены при длительных статических испытаниях клеевых соединений.

Прочность клеевого соединения на сдвиг существенно за-

висит от уровня обжатия б соединения и удовлетворительно описывается полученной автором эмпирической формулой:

«с = - 0.0202 «5 2 + 1.08! б ♦ 6.84. • ( 8 )

5.Во всем исследованном диапазоне напряжений обжатия клеевого шва прочность его на сдвиг превышает прочность на сдвиг сухого стыка при той же степени обжатия. При напряжениях обжатия от 5 до 15 мПа прочность клеевых стыков превышает прочность сухих стыков в 2,5...1,5 раза. С возрастанием -напряжений обжатия разница в прочности на сдвиг клеевых и сухих стыков уменьшается. При обжатии стыка напряжением 20...25 мПа прочность клеевых стыков на сдвиг превышает прочность сухих стыков при этих условиях не более чем на 20 %.

6.Разрушение моста через р.Сухону произошло вследствие следующих причин:

. аНеудовлетворительное" конструктивное решение крайнего пролета: в стыке между опорным , и следующим блоками этого пролета применена напрягаемая арматура в виде горизонтальных пучков, размещенных только по нижнему поясу, а также нерациональное соотношение крайнего к следующему пролету, способствующее увеличению опорной реакции на устое. Это не обеспечивало восприятие расчетной перерезывающей силы на стадии эксплуатации моста.

б)Некачественная подготовка поверхности бетона блоков к нанесению клея, что не обеспечило возможную адгезйю клея на поверхности стыка и не позволило реализовать резервы несущей способности клеевого стыка.

в)0тсутствие квалифицированного наблюдения за состоянием моста в процессе его- эксплуатации. Процесс разрушения

пролетного строения протекал длительно и йог быть не допущен при наличии нормальной службы содержания моста.

7.Дано обоснование имезшего место механизма разрушения пролетного строения моста во время аварии. Выявлена значительная роль динамического воздействия на характер и последовательность разрушения пролетного строения.

8.Уяснение причин аварии моста через р.Сухону в г.Великий Устюг не дало оснований для отказа от применения составных по длине железобетонных пролетных строений в условиях САР.

9.При условии качественного выполнения клеевых соединений в плоских клеевых швах могут быть использованы выявленные резервы несущей способности, приближающие клеевое соединение блоков к монолитному. Расчетное сопротивление клеевого стыка в этом случае з зависимости от степени его обжатия б с учетом нормативного срока службы (100 лет) на основе выполненных-исследований рекомендуется определять по формуле:

«с 1.48 ♦ 0.235 б - 0.00438 б 2 ( 9 )

Рациональным уровнем обжатия стыка следует считать диапазон от 3 до 12 мПа.

10.Составные по длине пролетные строения в .условиях САР могут быть применены при следующих условиях:

а)блоки пролетных строений должны поставляться из стран,где их производство налажено;

б)ка первоначальном этапе строительство мостов должно вестись строительными организациями тех же стран;

в)строительная фирма, осуществляющая строительство должна нести полную экономическую ответственность за состояние пролэткых строений мостов п течении согласованного

гарантированного срока их эксплуатации;

г)строгое соблюдение технологии склеивания блоков.

д)для повышения надежности работы стыков целесообразно применять не плоские, а зубчатые стыки.

е)на приопорных участках пролетных строений, где имеют место значительные поперечные силы, необходимо применение наклонных пучков напрягаемой арматуры, пересекающих стыки.

ж)строительство составных по длине пролетных строений мостов собственными силами САР возможно в будущем после подготовки кадров и приобретения современного монтажного оборудова-

•ния (типа МА-65)

Отдельные положения диссертации опубликованы в работе:

Саламахин П.М., Еззедин Мухаммад. Экспериментальное исследование сопротивления сдвигу плоских клееных и сухих

стыков. Долговечность мостов и тоннелей. Сборник научных трудов МАДИ. Москва.: 1988,с.14-23.

МАД1. з.ЗбЗ т.ЮО'5.05.92г.