автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Расчет и конструирование зон концентрированного приложения нагрузки в железобетонных мостах

СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАЮПОРТВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ НАУЧНО-11ССЛЕДОВАТЕЛЬС КИЯ ИНСТИТУТ ТРАШ1ЮРТ1ЮГО СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи

ГУСЕВА Татьяна Константиновна

УДК 624. 21.012.46.042

РАСЧЕТ И ЙОНСТРУИРОВАНИЕ ЭОН КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ПРИЛОЖЕНИИ НАГРУЗКИ В 2ЕЛЕ30ЕЕТ0ННЫХ ПОСТАХ

Специальность: 05.23.16 - Мосты и транспортные тоннели

Автореферат диссертации на соискание ученой стёпени кандидата технических наук

Шсква 1991

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Октябрьской Революции научно-исследовательском институте транспортного строительства Минтрансстроя СССР.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Цейтлин А. Л.

доктор технических наук профессор Иосилевский Л. И.

кандидат технических наук Васильев А. И.

Ведуньи организация:

Государственный институт по проектированию и изысканию автомобильных дорог Союэдорпроект

Защита состоится 24 . мая 1991 г. в 13.00 часов

на заседании специализированного совета Д, 133. 01.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного строительства Минтрансстроя СССР по адресу: ' 129329, Москва, Кольская ул., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ транспортного строительства

Автореферат разослан п апреля 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Ж. А. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Актуальными задачами строительства железобетонных постов являются обеспечение требуемой долговечности и снижение их материалоемкости , что в значительной степени связано с качеством проектирования конструкций . которое в свое очередь, зависит от качества проектирования особых участков элементов железобетонных мостов бон концентрированного приложения нагрузки (зон КПН). Такие зоны отличает ряд расчетных и конструктивно-технологических особенностей. К ним не вполне применимы методы расчета и конструирования стеряневых и балочных железобетонных элементов, методы, основанные на плоских расчетных схемах и допущениях о линейном характере деформирования бетона и металла.

Анализ известных аварий и повреждений сооружений, связанных с работой зон КПН, показал, что их причиной нередко является проектирование по упрощенным расчетным схемам , не охвати-вавднх всего разнообразия конструктивно -технологических решений, в той числе широко распространенных в железобетонных мостах (при наличии каналов, распределительных закладных изделий в виде листов и трубок и других элементов ),и .соответственно, неадекватная их фактической работе оценка ьапрякенно-дефорки-рованного состояния. .

Возникновению дефектов в зонах КПН, связанных с. трепдао-обра^сванием в бетоне и разруи*нием . металлических элементов способствует проектирование на основе нормативных документов, которые либо неполно, либо совсем не учитывают объемное напрл-югнно-деформированное состояние железобетона, работающего а контакте с металлическими элементами.

С другой стороны, проектирование зон КПН в настоящее вре-ня мо.кйт приводить к нерациональным по компоновке и неэкономичным пс материалоемкости конструктивным решениям.

Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ЦНИИС Минтрансстроя 1981-1^88 годов.

Пельо исследования является разработка на основе единых конструктивно-технологических принципов методов и рекомендаций по расчету и конструированию элементов зон КПН о железобетонных конструкциях мостов, направленных на создание рациональных и экономичных конструктивных решений, обеспечивающих на стадиях изготовления, монтала и эксплуатации требуемые эксплуатационные параметры. •

Научную новизну работы составляют:

-комплексный подход к проектированию зон .КПН, включающий их классификацию (разделение на распределительные и соединительные) , расчеты, конструирование и унификацию конструктивно-технологических решений системы "закладное иэделие(ме-

талл)-бетон";

- новые данные по несуюэй способности и напряженно-деформированному состоянию в объемной постановке для различных конструктивных решения распределительных и соединительных вон КПН, полученные на основе комплексных экспериментально-теоретических исследований, некоторые из которых исследованы впервые;

-разработанные расчетные критерии по трепшостойкости с учетом объемного напряженно-деформированного состояния для распределительных зон КПН;

-разработанные или уточненные критерии по несущей способности бетона и металлических элементов с учетом конструктивно -технологических решений распределительных и соединительных 80H КПН.

Методика исследований включала проведение экспериментов на крупномасштабных образцах с применением стандартного и специального оборудования, численные методы теории упругости и элементы математической статистики.

Достоверность результатов определяется проведенными экспериментальными исследованиями, применением апробированного численного метода конечного элемента, а также сопоставлением отдельных полученных данных с результатами других авторов.

Практическую значимость работы составляют: рекомендации яо расчету различных типов зон КПН в железобетонных мостах, дополняющие нормативные и рекомендательные документы; рекомендации по конструированию и компоновке зон КПН различных типов; предложения по унификации закладных изделий в мостах; методические рекомендации по проектированию закладных изделий в железобетонных мостах.

Основные результаты работы и диссертация в целом доложены на 12-ой, 13-ой и 1Б-ой научных конференциях молодых специалистов ЦНИИС, секции Ученого Совета ЦНИИС (1991), представлены в тезисах.на Б-ой Всесоюзной конференции, посвященной экспериментальным исследованиям инженерйых сооружений (Таллинн,1981), а также на конкурс ЦПНГ IT (2 премия,1987).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 статей и "Рекомендации По проектированию закладных, изделий в железобетонных мостах"; материалы диссертации использованы в 5 научно-исследовательских отчетах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения , 4 глав и выводов, содержит страниц машинописного текста, 83 '

рисунка , 40 таблиц, список литературы из 130 наименований и 4 Приложения.

- Б -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. В сборных железобетонных и предналряженных мостах при передаче концентрированных нагрузок (воздействий) возникают локальные области напряженно-деформированных состояний , качественно отличающиеся от других областей конструкций и характеризующиеся при этом значительными градиентами напряжений и деформаций- зоны КПН. Проведенный анализ проектных решений автодорожных и железнодорожных мостов, созданных при участии ЩШС, ЫИИТ, Гипротрансмост, Союздорпроект, Ленгипротрансмсст, позволил определить основные виды концентрированных нагрузок (воздействий) как: 1) нагрузку с малым коэффициентом концентрации по площади приложения , т.е.' статическую нагрузку, пло-сддь приложения которой Aloe существенно меньше площади-А грани конструкции (Aloc/A < 0. 5 ); 2) условную нагруэку (воздействие) в виде градиента усилий или напряжений сцепления для са-ыоваанкериваьдейся арматуры; 3) условную нагрузку (воздействие) а виде градиента усилий или напряжений в области концентраторов . В работе выявлены основные зоны КПН, к которым относят воны: установки опорных частей, стыкования сборных элементов, анкеровки высокопрочной арматуры, вблизи монтажных отверстий, клееных стыков, девиатороа и т. п. По функциональному назначению, виду нагрузки и характеру разрушения зоны КПН разделены на распределительные . и соединительные. В первых действует, как правило, концентрированная скимаюшдя нагрузка Н, во вторых - сочетания нагрузок H.Q.M ;

Выявлены основные и весьма специфические для мостовых конструкций конструктивные элементы гон КПН: в распределительных- каналы в бетоне, металлические распределительные листы и окаймлящие трубки (РЗЧ), армирование в виде спиралей или сеток, в соединительных - соединительные закладные изделия (СЗИ).

Ш результатам обследований мостов ЦНИИС, ЫИИТ, ЫАДИ, Со-юздорнии, НИЮГГ и других организаций выявлены виды локальных повреждений в зонах КПН, приводящих к снижению эксплуатационных качеств или разрушении всей конструкции или ее части.

На основе анализа повреждений конструкций, как локальных, так и глобальных, определены основные предельные состояния элементов зон КПН и проведен ретроспективный анализ методов их расчета и принципов конструирования.

Основным конструктивным расчетом распределительных зон КПН является расчет бетона на местное сжатие,которое определяет их несущую способность. Параметры расчета на местное сжагие имеют исключительно экспериментальное происхождение, поскольку в аналитических решениях задачи тэории пластичности о давлении

полосового штампа на идеально пластичное полупространство Прандтля , Р. Хилла, Г. А. Гениева отмечены различия в длинах пластических участков свободной поверхности и значениях предельных напряжений, что свидетельствует о сложности и нерешенности в завершенном виде частных задач. В расчетах на местное слитие используют так называемую прочность бетона ка местное сжатие (или допускаемое напряжение, или расчетное сопротивление, или контактную прочность бетона на сжатие) Rb,loo, связанную с прочностью бетона на сжатие Rb через коэффициент повышения Vlocl. Несущая способность бетона при местном сжатии равна: Nloc- Rb,1оо*А1ос (1), где Rb, loc-Rb*íPlocl .

Впервые экспериментальные исследования местного сжатия бетона при центральном приложении концентрированного сжатия были проведены Бауимнгером. В дальнейшем прочность бетона при местном сжатии уточнялось для краевых, полосовых, угловых случаев вагруюзния и для легких бетонов Бахом, Графом, С. А. Семеновым, Г. Е Кацеевым, В. В. Вянцкявичусом, И. А. Рохлиным, Е И. Левиным, Г. Д. Цискрели и другими исследователями. В формулировках, аналогичных (1), расчет несущей способности бетона по местному сжатию вошел в в отечественные и зарубежные кормы и рекомендации по проектированию общегражданских и мостовых конструкций, начиная с 30-х годов и по настоящее время, включая СН 200-62, СМ 365 - 67, СНиП 2.05.03-84, СНиП 2.03.01 -84, BS 5400, AASHT0, "Международные рекомендации по проектированию. .. " Европейского комитета по бетону-

Исследованиям несущей способности бетона на сжатие, в том числе и на местное, при косвенном армировании посвящены исследования Е А. Червонобабы, В. М. Некрасова, М. Консидера, Р. Залиге-ра, Е. Мерша, Бортша, Е И. Гнедовского, Е Г. Донченко и др., результаты которых также вошли в указанные выше нормы в форме либо расчетных приведенных сопротивлений Rb,red, либо условий для проверки несущей способности зон концентрированного сжатия по прочности железобетона. ■ .

Зтапом эволюции расчетов распределительных зон КПН следует считать расчеты железобетонных валков на поперечные растягивающие напряжения, проведенные Баем, Бортшем, Е. Мершем, Ге-лером, Орейденталем, «еэрбером, В. Г. Донченко в 30-40 годы и нашедших соответствующее отражение в нормах тех лет.

Качественно новый этап исследований распределительных зон КПН связан с созданием преднапряженных конструкций и их предельными состояниями по трещиностойкости бетона в зонах анке-ровки.

Расчеты на местные напряжения в зонах анкеровки,' предложенные И. Гийоном, получили развитие в теоретических разработ-

ках Сошдорнии, ШИТ. ЦНИИС, в работах советских авторов: LL Е. Гибшыана, а Д. Рыбина, В. Е Ыастаченко, Б. Е. Улицкого, Д. И. Полякова, 0. И. Валуевой, Kl М. Егорушкина, а также зарубелсных исследователей (Г. Маньеля, Г. Сиверса, Ф. Нлейха и др. ) в 60-70 х годах. Они использовали решения плоской задачи теории упругости или технической теории изгиба пластин и реализованы icaiî рекомендации по расчету местных напряжений в конструкциях постов без учета нелинейного характера сопротивления бетона и галезо-бетона в зонах КПП и соответвуюя/эгэ конструктивного оформления вон КПЕ

Прочностные и деформнтивные свойства бетона применительно к расчетам распределительных зон КПН действующими нормативами учитываются : ограничением напряжений в однсосно сжатом бетоне верхней граниией микротрещинообразования (макротрещин), ограничением главных растягиваицих напряжений в стенках балок при плоском напряженном состоянии" растяжения-саатия" соответствующими предельными значениями (расчетными сопротивлениями) и ограничение« ширины раскрытия треизш в зоне действия местных напряжений предельным значением 0. 02 см. Такой подход для зон с неоднооеннм напряженным состоянием нельзя считать достаточным.

В данной глазе также приведен обзор и анализ исследований, посвященных работе СЗИ -"столиков"- основного конструктивного элемента соединительных зон КПН. Исследования 60-80 х годов, npou-деннье У. М. Мэлмянским, А. П. Васильевым, Н. И. Катиным, 15. A. UtfTsiKOBUM, А. H. Стульчиковым, В. Г. Квашой, И. И. Кархутом, R И. Кзльнером и многими другими исследователями явились основой для разработки меюдигл расчета СЗИ по несущей способности при различных типах концентрированных нагрузок, но лишь для отдельных конструктивно-технологических решений.

Ь результате анализа состояния вопроса были сформулированы основные садачи исследований:

- на основе классификации зон КПН в железобетонных конструкциях мостов по функциональному назначении, по типам конструктивных элементов, другим признакам разработать принципы комплексного подхода к проектированию зон КПН;

- экспериментально и теоретически уточнить расчетные (математические) модели зон КПН и критерии предельных состояний по прочности и трещшюстойкости с учетом конструктивных особенностей, реальных свойств материалов, характера нагрузок; •

- исследовать напряженно-деформированное состояние основных видов зон КПН и выявить особенности взаимодействия их элементов в системе "закладное изделие (металл)- бетон";

- разработать нормативы и методы расчета зон КПП, включая предложения по расчетным сспротиълениям бетона во второй труп-

пе предельных состояний при двухосном и трехосном напряженных состояниях;

- разработать методику конструирования зон КШ в железобетонных мостах, включая элементы унификации конструктивно-технологических решений

Глава g посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям объемного напряженно-деформированного состояния распределительных зон КПН , их несущей способности при статической нагрузке и разработке конструктивных расчетов по прочности и трешиностойко^ти ( в 1-й и 2-й группах предельных состояний).

Несущая способность распределительных зон КПН 10 видов конструктивного оформления была экспериментально исследована на 30 железобетонных призматических образцах- фрагментах воны санкеровки на бетон- размерами 35x35x100 см . Аббревиатура маркировки образцов (серий) содержит описание конструктивного оформления образца (зоны КПН):В- бетон, К-канал, Л-распредели-тельнсый лист , Т-труба, С-спиральное армирование, В- выступ трубы, цифра означает толщину в мм листа. Соответственно, испытаны образцы Б. БК. БКЛ10, БЛ10, БКЛбТ, БШОТ, БКЛ20Т, БКЛбТС, БКЛ5ТВ, БКЛбТВС.

Концентрированную сжимающую нагрузку передавали через жесткие цилиндрические штампы круглого сечения диаметрами 10см и 15см и доводили образцы до разрушения.

Разрушение призм серий без армирования. произошло хрупко и во всех сериях, кроме серии БК, с .выделением приконтактного объема конусовидной фермы и раскалыванием образца на части. В серии БК отмечено разрушение с размельчением приконтактного конусовидного объема и с сохранением целостности образцов. В сериях БКЯГ, БКЛТВ, БКЛТС на разрушение от смятия накладывался распор от деформирования трубы. В зависимости от конструктивного оформления относительная площадь ' местного сжатия Aloe*/Aloe изменялась от ^ до 7.73.

Были получены коэффициенты повышения прочности бетона при концентрированном (местном) сматш loci*, в зависимости от конструктивного реиения принимающие значения от 1.05 до 3.77.

Была оценена зависимость вида разрушения . значения площади смятия бетона Aloe* , коэффициента Aloe*/A (Aloe* > Aloe) и коэффициента повышения прочности оетона ^ loci* в зависимости от конструктивного решения зоны КПН. Установлено, что для конструктивных решений БЛ, БКЛ, БКЛТ , начиная с некоторого минимального значения толщины листа и последующем его увеличении контактная прочность бетона равна прочности ча сжатие, т. е. Ч 1ос*-1.

Экспериментально (и 1 Э) , ■ обоснованы дополнения

(рис. 1, табл. 1) к нормативной методике расчета на местное сжатие в части определения несуией способности на местное смятие Жетона Н1ос( О н жйлезобеюна Н1ос,гес1( О .

МКЗ I! упругой стадии исследовано объемное напряжено-деформированное состояние 5 расчеаных схем распределительных зон КПН типов Б, БЛ, ЕК, БКЛ, БТ, БКЛТ и др. Проведено 23 расчета МКЭ. Выяьлены вида и области неодноосных напряженных состояний бетона в глубине массива и у его поверхности: > -&з,

-6г>-(Г3 ; , >-<% : - <*г > -6} ;

Численными экспериментами показана зависимость объемного напряженно- деформированного состояния бетона на количественном и качественном уровне от конструктивных элементов и их параметров, в частности толщины листа и окаймляющей трубки.

Наряду с уточнением объемного напряженного состояния бетона в зонах КПН уточнены критерии трещиностойкости. Критерии образования трещин от растягивающих и сжимающих напряжений сформулированы на основании обобщения и адаптации результатов экспериментально-теоретических исследований объемной прочности и объемного деформирования. При этом использованы данные Берга О. Я , Корсакова Е. Н. , Писанко Г. Н. , Смирнова Н. В. , Соломенцева Г. Г. , Луклш Л. К. , Карпенко К И. , Круг лова Е М. , БаланаТ. А. , Ролкоьа А. И. , Гениева Г. А. , Яшша А. В. , Лифшица М. Б. , Купфера >1 , Герстле К. , Миллса Л. , Циммермана К. и других исследователей. В кнчестье расчетных предпосылок принято существование кривой реального закона объемного деформирования <5> ,

прохождение этой кривой в области ££.<0 через точки макротрещи-нообразованиг. и разрушения 1 а в области & )0 - через точки разрукения , и экспериментально подтвержденное подобие поверхностей (математических критериев): предельной и макретрешинооб-разосания. Для описания этого подобия б работе принят коэффициент Кб* I К^г<1 при 6;,0 и при ЙЬ > 0).Таким образом, для видов объемного напряженного состояния при ¿Ъ»0 (растягивая:^.' ьапряжяния) критерии образования трещин совпадают^ с критериями сЗьемной прочности (разрушения). а в области. бё< о (сжимаюш;;н напряжения)- критерии образования трещин означают наступление дилатация и могут быть пел/чены корректировкой кри'д'ериев объемной прочности с помощью коэффициента %•• Виды и критерии возможного трещинообразевания в зонах КПН приьеде;ш в гаол. «¿.

11а основании данных (.№111 .1 экспериментальных приращений или снижений прочности ,длл отделььых видов на: ряжзнноп состояния и коэффициентов К^-, пркнятьи: равные 0. 95 для дзухосного сжатия и в диапазоне 0.6 -0.9- дч трехосного сжатия, предложены новые расчетные сопротиаления бетона для 2-й группы пре-

Расчетные схемы распределительных зон КПН для расчетов по первой груше предельных состояний (расчеты на местное смятие)

спкошиои Б С ТО и 1Ш Ц Mi.CC и ь

Б\

Б £ той Я Ы й м ь.ссц а с X Д II к к О И

БУС | БК.К БКЛТ

¿¿Л*

А)

—^ у (Ьве.

¿Ьс

си

©м

®

¿ит

<¿10. п

¿.¿с.

¿¿1аЦс

4

®да

сЦьУ)

Щ

I

V

¿мМ

Н«.су ц ьй С I» О С.© Б И О С т Ь 5< т оя к сваз л р иировкии*} «1 см я тиг

N 1ес N 1ое(0 N bcct.-t.a->

кь.' б* тьскс.ъ^ЬеСс.-ь'сб

НгсущАЯ способность жвксаоьчтоцк < с имироилми) «к смятца

N Ье.таЛ N Ьх-.-шЛсг) Ы Ьс.ггЛМ ЬИос.-иДСс.-О N ЬхгЫСЫ.Ы.)

Ев.-ви! ' А Ькс« К • и!ос(.с) Яй.чМ* Kbac.-t.d-)

Рис. I

Таблица 1

а-:-1-1

¡¡Конструктивное ¡решение а я Шраме тры Толщина листа Ь РЗИ, си

для Шос( 1) 0 1 1 1 1 2 " 1 3 I 1 4 3

и ЦБ(ЗЛ) ■ с11ос(и с11ос | 1,9<Пос 1 2,15<11ос I 2,5с11ос| ! 2,35сЛос5

9 8 я У*1ос1Ш 1,5 1 1 1.5 1,1 1 1.о Г 1 1,0 I

1 |БК( БКЛ) СИос(сД) с11ос |1,95(11ос 2,07(31ос 1 ?,25(11 ос | 1 2,35<31ос |

2 я 1,5 1 1 1.05 1 1.0. 1 1,0 | 1,0 |

м ЦБКЛГ з (ИОС(С,1. (!) - 1 |1,53<Пос 1 1,73<11ос 1 1,9<11ос | 1 1,95с11ос !

п 1 3 - 1 1 1,27 1 1,05 1 1,0 | 1 1 1,0 |

J__I__;_и_I_I

Таблица 2

9Ыд напряденного ^состояния батона Вид тревдко-образования Критерий объемной прочие Условие образования тревин

втрехогное сжатие 1 'РН 6д < гтйп ^ есс ,,чепе .*-<«: /жя бдае * Ло- . 6-Я 9

|двухосное слзтие л г б^ *т£п бте* тгп б^ с

двухосное сжатие с растяжение:.: 4 н1 <&{ ± риьх РЮХ: ~ ^

двухосное . астя.*е сс сжатием ¿Л еЧ б^-с ¡-гб^/рс^ая^ят _ _ СИ I тлх&п? | ГПЖХ- б^- 6} ^ |

с жат ж -ра'.-тяжрни* е, Й 3 б^а+о.щ/^хЛрА * ^ [

де-ьных состояний с учетом вида обт^много напряженного состояния ыгг ^ mLfl ¿-¿.с ( тах 6-mtcti пах e„{tef,

Тплх. 6mtcti

В работе развита методика расчета бетона распределительных зон КПН по раскрытию трещим. Предложено данный расчет проводить е предположении передачи растягивающих шттрояьных усилий для 'видов напряженного состояния С/ Сг. >~ ,

(У, > -6j, ? , б, > -на поперечную арматуру в ьи;>? спирали, колец, соток,листа .Ограниченное нормами раскрытие трещин в 0. 02-зм как ь глубине массива, так и.его поверхности обеспечивают необходимым количеством арматуры с действующими в ней напряжениями, не превышающими 70 МПа. Сформулированы условия для определения требуемого количества поперечной арматуры различных видов .

3 глава содержит результаты экспериментально-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния и несущей способности соединительных зон КПН и обоснование предложений по расчетам несущей способности.

Экспериментально исследованы деформирование и несущая способность различных конструктивно-технологичеких решений соединительных зон КПН . Программа экспериментальных исследований, составленная с учетом запросов реального проектирования, включала испытания различных конструкгивно-технологических решений СЗИ на три йида концентрированной нагрузки: N,Q, M (Q с эксцентриситетом;: Железобетонные образцы с СЗИ имитировали зоны крепления ванта, деформационного шва и стойки противоударного ограждения проезжей части в натуральную величину.

В задачи испытаний входило'выявление, механизмов разрушения образцов-(зон КПНУ nfw предельных нагрузках,' выявление или уточнение критериев предельных состояний, определение их несущей способности, сравнительная оценка конструктивно-технологических решений СЗИ, а также разработка рекомендаций по расчету несущей способности исследованных видов соединительных зон КПН в мостах . Всего было испытано 66 железобетонных образцов, в которых располагали СЗИ- "столики" сварные с приваркой анкеров втавр, внахлест, без усилений , с усилением пластинами, с усилением отгибами, а также штампованные .

На закрепленные в силовой установке призматические (размерами 60x60x45 см) или плитные (размерами до 350x178x30 см) образцы нагрузку передавали через специальные загрузочные устройства. Образцы доводили до разрушения при нагрузках Nuit и Quit.

Выявлены случаи разрушения зон КПН по бетону- в виде выкалывания или раскалывания по металлу -в виде разрыва анкер-

них стержней в сварных СЗИ и полосовых анкеров в шипованных СЗЯ

В процессе аагружения нагрузкой N, Q, Ы измеряли соответственно горизонтальные и вертикальные перемещения Aq, Alf, Ао особых точек плоских элементов СЗИ, характеризующих деформирование анкеров СЗИ. Полученные кривые реформирования N( Л/v ).Q( Aß"" aJ" ), как правило, Слизкие к линейным до до критических значений нагрузки Ncrit и Qcrit,после этих значений имели ваыотныэ переломы: деформации ( перемещения) Д от Ncrlt и-Qorit, до Nuit и Quit начинали возрастать интесивнее в несколько рая. При разрушении образцов по металлу анкеров СЗИ согласно подходу, заложенному в работах А. П. Васильева, Е И. Катина, Б. И. Шишкова и др., за несущую способность зоны КПН принимали значения нагрузки Horit и Qcrit .связанные с появлением фибровой при Ç или осевой при N и U текучести и принимаемой ва предельное состояние СЗИ -"столиков". В stom случае несущую способность образцов (зон КПН) связывали с прочностью анкеров при центральном или внецентренноц растяжении анкерных сте; ией или полосовых анкерсв через коэффициенты условий работы при конкретных типах нагрузки и конструктивно-технологических решениях С5И V«, SPе , . В1Нбл. 3 приведены полученные экспериментально коэффициены условий работы ио сериям 1 N. 2N. 3N. 1Щ. CQ, 1М-11М, 14М.

При разрушении образцов по бетону за несущую способность также принимали значения нагрузок Kent и Qcrit , но связывали ' их с прочностью бетона при выкалывании или раскалывании.

В плитных образцах вс^явлена возможность одноьрем^нного с разрувением анкеров СЗИ выкалывания бетона плиты пластинами анкерных усилений. Подтверждено, что несущую способность в этом случае можно связать с прочностью бетона на выкалывание известным выражением, но с учетом проекции плоз&ди блока вьдса-лывания применительно к i оссиву, ограниченному по глубине ( толщиной плиты).

При испытаниях СЗИ с усилением анкеров отгибами и длиной анкеров не более 1Бсм выявлено, что разрушение соединительной зоны происходит в виде раскапывания бетона отгибами и самими анкерами на блоки при Quit. За несущую способность приникши нагрузку Qcrit -появления первых' поверхностных трещин, после которой отмечали ускоренный рост деформаций.

Для Байтового моста, потерпевиего аварию, экспериментально доказана недостаточная несущая способность проект» о решения узла крепления ванта в устое ( с приваркой касательного анкера внахлест и с отгибом под углом 90 градусов к пластине) и дано предложение по его усилению фасонными пластинами.

Таблица 3

1Марка Еид конце- Конструктивно- Вид разрусения Условие прочн. Значе-

¡серии нтрирозан- Аехкслопгчес кс зоны КПН соед;шитблькой ние

I ной нагру- решение СЗИ зоны КШ (СЗИ) козффп-

ки "столиков" циентов условий работы

сварка внахлест разрыв анкеров 4>ы =0.33

12И N сварка втавр с образованием У^ -0.9

зм- сварка внахлест пейки

| -с усилением

рз сварка внахлест разрыв анкеров Яз Аап, «.о? -о. 7

ОД 0 штампован, с по- разрыв растян. ^АзаКуэО Ж 84

лосовыми анкерам;! анкеров ч

сварка втазр <£.АапКз»0е/г

е(м) автоматическая

1М О. 95 без усил. анкеров

¡2М 0.95 усилен, пластинами разрыв растяну-

!ЗМ 0.9 без усилений тых анкеров

4М 0.9 вблизи &-0.92

¡5М 0.95 усилен, пластинами плоского эл-та, »,-0.53

!6М О.б . " _ сварного стыка. V» -0,73

|7М О.б ■ растян. анкеров • Й»-0,73

!зм 0.6 и выкалывание

|9М О'.З плиты анкерными

51 СМ 0.6 усилениями «йг-о.ес

11М 0.6 _»»_ ?1осИ.1Псйз> 94

112М 0.9 усилен, отгибами раскакьзание

13М 0.9 - — бетона отгибам;!

14М 0.9 _ и_ и разрьз анке- , «А»=0,63

|15М 0.9 _ м _ ров

Для обравцов (зон КИЮ 12U.13U и 15Ы предложен расчет несудай способности (см.табл.3) как для прочности бетона на местное сжатие отгибами аикеров. Для исследованных СЗИ с отгибами коэффициент Ylocl рекомендовано принимать равным 1.

При испытаниях СЗИ на поперечную силу Q с эксцентриситетом е-0. 6-0. 9 м показано, что при этих эксцентриситетах на исследованные образцы с СЗИ, угесточеиными внешний элементом, передавался только который и учитывается в расчетах не-

сущей способности (серии 1U-15U).

Для подтверждения принятых на основе экспериментальных данных расчетных схем СЭИ оценено ЫКЭ напрялэнно-деформированной состояние по схеме плоской деформации зоны крепления стойки противоударного ограадения в ваьисимости от эксцентриситета поперечной силы Q. Показано, что поперечная сила с эксцентриситетом е"0.9м соэдаят как в элементах СЗИ, так и бетоне косо-симметричные напряжения и деформации, при этом осевые перемещения стержней на один-два порядка um соответствующих попе-рачных. Это соответствует экспериментальным результатам деформирования СЗИ и свидетельствует о том, что при ужесточении плоского ялем<?н?а СЗИ в расчетах прочности можно учитывать толгко момент U-Q*t» , а наступление предельного состояния СЗИ вобможно от центрального (осевого) растяжения анкеров.

ЫКЭ исследовано напряженно-деформированное состояние зоны установки опортй части в типовом пролетном строения в зависимости от компиювки опорной плиты (плоского эле-мта 310 и анкеров. Показано, что ¡cvr-u- гное сочетание нагруаок Q-N взывает в бетоне три вида напряженного состоянии: <5*/>-£а •

- 6"t > - ; &t > .

Отсутствие листа вызывало рост пиковых значений главных напряжений, а увеличение количества рядов не отразилось на напряженном состолнии бетона. Расчетами установлен двойственный характер вон установки опорных частей; их можно рассматривать при проектировании как распределительные при обеспечении эксплуатационных параметров и как соединительные - при обеспечении конструктивно-технологических требований.

Исследованы варианты расиоло&экия соединительных аон КПН (с основным несущим элементом СЗИ-"столидом") в плитах проезжей части с толщиной, меньшей минимальной длины анкеров СЗИ, Необходимой по прочности сцепления , и близким расположением вон к краю массива при нагруьках N, О, М. В этих случаях СЗИ увеличивают вероятность откалывания, раскалывания или выкалывания бетона. Сформулированы условия для определения минимальных размеров в плане элементов СЗИ различных конструктивно-технологических решений, гарантирующие соединительную вону

КПН от разрушения Сетона .

В главе 4 даны рекомендации по конструированию элементов распределительных и соединительных зон КПН, направленные на выполнение комплекса эксплуатационных, конструктивно-технологических и технико-экономических требований, обеспечивающих требуемые надежность, долговечность, удобство и экономичность конструктивных решений.

Рациональная компоновка, выбор материалов, материалоемкость и конструктивные раздари элементов зон КПН обосновываются расчетами, рассмотренными во 2-й и 3-й главах.

При конструировании распределительных вон КПН рекомендуется: а) совмешать распределительным листом функций "косвенного" и поперечного армирования вблизи поверхности массива; б) располагать косвенную и поперечную арматуру и определять параметры армирования в соответствии с видами объемного напряженного состояния для каждого конструктивно-технологического решения; в) параметры (толщины, размеры в плане и анкеровку) распределительных листов назначать по изложенной методике в зависимости от конструктивно-технологического решения; г) в особых случаях- увеличивать класс бетона.

При конструировании соединительных зон КПН рекомендуется: а) осуществлять компоновку и выбор конструктивных и ?ехно-логических решений ( сварные или штампованные "столики", со сваркой втавр или внахлест с отгибами, с усилением анкеров или без них) в зависимости от вида внешней нагрузки (И, М, по изложенным выше рекомендациям; б) в плитах проезжей части бле-дует усиливать анкерные стержни анкерными пластинами, высаженными головками, отгибами и определять геометрические размеры данных СЗИ, обеспечивая при этом равнопрочность анкерных стержней на растяжение и бетона на выкалывание, раскалывание или откалывание. Рекомендовано пользоваться расчетными уравнениями в номографированном виде.

Изложенные в главе предложения по унификаций геометрических параметров закладных изделий типовых- конструкций пролетных строений автодорожных мостов в зависимости от пролета обеспечивают в комплексе с заменой ручной сварки на автоматическую снижение трудоемкости изготовления комплекта закладных изделий на 30 X и себестоимости на 15-35 X.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В работе проведена классификация зон КПН в железобетонных конструкциях . мостов, в зависимости от типа нагрузки, функционального назначения , конструктивного оформления и дру-

гих признаков, по результатам которой длл исследований приняты два принципиальных типа зон: распрйлйлительние и соединительные.

2. В рамках комплексного подхода к проектированию вон НИН установлены и уточнены критерии предельных состояний в первой и второй группах,. выявлены особенности взаимодействия элементов зон в системе "закладное изделие(металл)-бетон" (объемная еадача), даны предложения по нормативному методу расчета зон КПП, предложены принципы конструирования зон, включая элементы унификации конструктивно-технологических ресений.

3. Экспериментальными исследованиями на крупномасштабных образцах, а также методом конечных элементов (1Ю) в объемной постановке для распределительных зон КЛН получены новые данные по несущей способности И трещиностойкости зон для различных конструктивных решений: при наличии канала, распределитедьного листа, окаймлякдай трубки, спирального армирования, а также при их сочетаниях.

4. Экспериментально выявлены для рассмотренных конструктивных решений виды разрушения распределительных вон КПП при концентрированном слатии бетона, установлены диапазоны Фактических площадей смятия бетона и коэффициенты повышения прочности бетона при концентрированном сжатии, входящие в формулы СНиП 2. Об. 03-84. Впервые предложены численные значения ко^Мд-

■ циэнтов повышения прочности Сетона для конструктивных решений типа: бегок /ист, бетон-канал, Оетон-канал-лист, бе-• тон-лист-канчл-труба, '¿-»тон-канал-лист-труба-спираль.

б. Численными исследованиями ЫКЭ объемного напряженно-деформированного состояния распределительных зон КГ1Н в упругой стадии работы материалов впервые установлены области и виды двухт и трехосных налряленных состояний бетона и их чуьстви-телъность (качественно и количественно) к изменение конструктивного оформления и конструктивных параметров.

Для установленных видов объемного напряженного состояния обобщены и адаптированы критерии трещиностойкости бетона и предложены расчетные сопротивления бетона по образованию трещин от растягивающих и скиыащих напряжений.

С учетом категорий трещиностойкости распределительных зон КПП развита методика расчета на 'раскрытие третий с учетом объемного напряженно-деформированнного состояния бетона.

6. Эксперимент&яьными исследованиями крупномасштабных фрагментов и МКЭ (плоская еадача теории упругости) соединительных зон КТО на статическую нагрузку трех видов получены и подтверждены данные о несущей способности и деформировании разных типов конструктивно-технологических решений, некоторые

- 19 -

их которых исследованы впервые.

7. Испытаниями крупномасштабных фрагментов соединительных зон КПН установлен характер разрушения элементов зоны: по металлу- в виде разрыва анкеров, по бетону- в виде выкалывания и раскалывания. Для СЗИ типа "столика", работающих на нормальную растягивающую силу и поперечную силу с эксцентриситетом, получены коэффициенты условия работы анкерных стержней или полосовых анкеров.

Предложена расчетная проверка прочности бетона на местное смятие под анкерным усилением в виде отгиба.

Для соединительных зон КПН в плитах проезжей части уточнен с учетом экспериментальных данных расчет прочности.

8. Расчетами МКЭ экспериментальных фрагментов соединительных зон КПН в условиях плоской деформации в упругой стадии работы материалов уточнена схема деформирования элементов (контактного взаимодействия) в системе "закладное изделие(металл) -Сетон". Установлен характер работы анкерных стержней в зависимости от эксцентриситета внешней поперечной силы.

9. Расчетом МКЭ зоны установки опорной части, типового ребристого пролетного строения определена специфика данной зоны КПН и признаки, общие с распределительными и соединительными зонами КПН. Даны рекомендации по расчету такого типа зоны.

10. Сформулированы эксплуатационнпе, конструктивно-технологические и технико-экономические требования к конструированию зон КПН, комплексное выполнение которых обеспечивает надежность, ■ долговечность, экономичность и удобство изготовления и монтажа.

Даны предложения по конструированию зон КПН по назначению видов и определению размеров конструктивных элементов исходя из размеров по группам предельных состояний , которые корректируют технологическими ограничениями и предлагаемыми в работе требованиями, унификации.

И. В выполненном комплексном экспериментально-теоретическом исследовании зон КПН на новом уровне рассмотг^ны вопросы расчета и конструирования зон с учетом опыта проектирования, изготовления и эксплуатации, что позволило разработать " Рекомендации по проектированию закладных изделий в железобетонных мостах'ЧМ. ,ЦНИИС,1991).

Материалы диссертации использованы при переработке типовых проектов автодорожных пролетных строений пролетами 12-33 м, при проектировании пролетных строений Южного перехода в г. Киеве,р. Березину в г. Бобруйске,р. Оку у г. Серпухова, эстакады ПРК в г. Днепродзержинске, в дополнениях к СНиП 2.05.03-84 " Мосты и трубы".

- 20 -

Основные положения диссертации опубликованы автором в следующих работах:

1. Цейтлин А. Л, Койнаш Ю. А. , Волосова( Гусева) Т.К. Исследование напряженного состояния и несущей способности ваклад-ной детали пролетного строения моста на моделях. // Тевисы доклада к б-й Всесоюзной конференции " Экспериментальные исследования инженерных сооружений , Таллинн, 1981.

2. Волосова( Гусева) Т. К. Исследование работы вакладных деталей в железобетонных пролетных строениях мостов. // Исследование железобетонных и металлических конструкций мостов., И., 1983, с. 124-132.

3. Волосова( Гусева) Т. К. Об унификации закладных деталей железобетонных мостов. // Исследование конструктивно-технологических решений пролетных строений и опор железобетонных мостов. ,Ц., Транспорт, 1984.

4. Волосова( Гусева) Т. К. Унификация закладных изделий в типовом проекте железобетонных пролетных строений автодорожных мостов. // Разработка и исследование новых конструкций и технологии строительства железобетонных мостов. , Ц.. ЦНИ-И0.1988.С. 48-56.

6. Цейтлин А. Л. , Волосова( Гусева) Т.К. К нормированию расчетных сопротивлений бетона на сжатие при объемном напряженном состоянии в расчетах мостов по предельным состоянии 2-й группы.// Совершенствование конструкций мостов и тоннелей на автодорогах., \1 , МАЛИ. 1988.

б. Гусева Т. К. Дрещиностойкость зоны концентрированного приложения нагрузки от анкера высокопрочной арматуры при натяжении на бетон.// Исследование конструкций и методов расчета мостов., м. , ЦНШС, 1990, с. 10-17.

• 7. Рекомендации по проектированию закладных изделий в железобетонных мостах. // Гусева Т. К., Цейтлин А. Л , М., ЦНКИС, 1091 ( в печати).

8. Гусева Т. К. Исследование работы зон концентрированного приложения нагрузки б желевобетонных мостах.// Актуальные вопросы разработки конструктивно-технологических систем современных железобетонных мостов., Ы. , Транспорт, 1991 (в печати)

Поди, к печ. 8.04.91 г. Заказ 101. Объем 1,25 п.л. Тираж 100 вкз. Ротапринт ЦГШСа