автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Разработка и исследование способов усиления сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов



СИБИРСКИЙ ОРДКНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНЛЛ1ЕНН А ВТОЛЮ Б И Л Ь Н О-ДО РОЖ Н Ы И ИНСТИТУТ ИМ. В. В. КУЙБЫШЕВА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ УСИЛЕНИЯ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИИ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

Специальность 05.23.15 — Мосты н транспортные тоннели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПАРШИКОВ

Сергей Дмитриевич

Омск—1391

Работа выполнена в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорогном института им. B.Q. Куйошева на кефедра "йоача. -. "

Научные руководители: заслувенша деятель науки и техники РСФСР

доктор технических наук,

профессор 1к.Х. Толмач9в

кандидат технических наук, доцент В.Т. Ильюшенко

Официальные оппоненты: доктор технических наук,'

профессор Л.К. Луша; 4 кандидат технических наук,

доцент A.A. Шкуратовский.

Ведущая организация: ЦНИШроектстальконструкция

им. Н.П. Мельникова, г. Москва.

»

Защита состоится "19я марта 1Э91 г. в 10°^ часов на заседании специализированного совета ' К 063.26.01 по • присуждению учёной; степени кандидата технических наук в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном института им. В.В. Куйбышева но адресу: 644080, Оиск-80, проспект Мира, 5, СибАДИ.

С диссертацией иожно ознакомиться в библиотека института.

Автореферат разослан "19" февраля 1991 г.

Учёный секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

B.C. Щербаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследований. Опыт эксплуатации автодорокных остов в СССР показываэт, что состояние значительной части из них э соответствует предъявляемым к шм современным требованиям по рузоггодьЗшости. Это вызвано двумя основными причинами: рекдевременнкм физическим и моральным износом сооружений.

При проектировании несущих элементов мостов- запасы прочности, акладываемые в них, определяются величиной нагрузок, используемых расчетах, которые в своп очередь принимаются по нормативам зйствуицих на данный момент. Известно, что нормативная временная згр/зка моделируется с учетом е£ перспективного роста, прич5м зорвтаческй обращающаяся нагрузка должна. превысить проектную в язце физического срока слукбы сооружения. Однако на деле срок нужбы мостов, эксплуатируемых в нормальных условиях достигает' 3-80 лет в зависимости от материала, из которого они возведет, згда как пересмотр временных нагрузок в сторону увеличения »исходит кзядае 15-20 лет. Это н приводит к преждевременному ¡ральному • износу, в результате которого несущие элементы ецэ :правного сооруаения не удовлетворят предъявляемым к ним ¡ебованиям по грузоподъемности.

Совместное действие физического'и морального износа приводит к юньшению шриода времени до того иомэнта, когг.а соорукение рестабт удовлетворять требованиям по грузоподъемности. Если з еде 19 начале 20 века этот срок составлял 40-70 лет, то для стов постройки второй половши 20 века он сократился до 10-20 т.

Если учесть, что около 803 сущэствувдих на сегодняшний день сгов запроектированы по старым нормам, а их прирост за счёт овь построенных составляет 1-32, приведение эксплуатируемых оружений в соответствие с . современными требованиями по узоподъбмности является важной народнохозяйственной задачей. Эта дача мокет быть решена путём экономически обоснованной конструкции, включающей усиленна несущи элементов - мостов, еквдих недостаточнуи грузоподъёмность.

Цель работа заключается в разработка и исследовании методов йления основных несущих элементов пролётного строения с учётом о эксплуатационного состояния и специфики работы але&елезобетонных конструкций. Для достижения данной цели в ходе следований необходимо решить следуйте задачи: •

1. Для выявления степени морального износа необходимо исследовать пролЭтше строения на предмет наличия в них резервов несущей способности, используя при этом метода расчёта, более точно учитывавши работу пролётного строения.

2. Разработать методику оценки грузоподъемности с учётом фпических дефектов и реальных параметров временной нагрузки, обращающейся по мосту.

•3. Разработать методы усиления типовых пролётных строений и исследовать их технические возможности.

4. Оценить величину экономических потерь от сникения грузоподъёмности и экономического эффекта от применения усил ния.

Научная новизна. В работе исследовано 5 способов усиления пролётных строений мостов в том числе 3 новых, ранее не применявшихся, разработана методика расчёта пролётного строения с учётом дефектов в шве объединения, а также стохастическая модель временной нагрузки, проделано технико-экономическое сравнение исследованных способов.

Степень обоснованности и достоверности полученных

результатов основана на фактических данных обследования и испытаний более 150 мостов, проведённых кафедрой "Мосты" СибАДИ в разные годы, а также данных натурных экспериментов проведЭнных на двух реальных объектах. При исследовании прочности и устойчивости несущих элементов использовались методики и алгоритмы в основе, которых лежат классические - положения строительной механики и ' положений СНиП.

Практическая ценность работы. Проведённые исследования подтвердили необходимость в усилении типовых пролётных строений проектировки конца 50-х начала 60-х годов. Применение предлагаемых в работе способов усиления позволяет повысить эксплуатационные качества пролётных строений с мини- мальныш затратам! материалов и капитальных вложений. Стохастическая модель временной нагрузки позволит оценить соответствие реальной временной нагрузки грузоподъёмности конкретного моста и назначить правильный эксплуатационный режим, при . этом имеется возможность прогнозировать сроки проведения реконструкции.

Внедрение результатов исследований. Результаты проведённых исследований вошли в разделы нормативного документа "Инструкция по уширеншо автодорожных мостов и путепроводов", разработанного для Шшавтодора РСФСР (ВСН 51-38), а также в "Руководство по реконструкции сталежелезобетонных пролётных строений", выполненное

по плану НИР Минавгодорз РСФСР совместно со специалистами ШИИПроектсталькснструкции им. Н.П. Мельникова.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсукяеш на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СибАДИ (1986-1990 гг.), на Всесоюз ной научно-технической конференгга "Проблемы эксплуатации автодорожных мостов" (Новгород. 1990 г.).

Публикации, По теме диссертации опубликовано 10 печатных ра Сот г в том числе получено 3 авторских свидвтельства и одно пояснительное решение на изобретение.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и содержит 253 страницы машинописного текста. В том числе 35 страниц с таблицами, 69 страниц с рисунками. Список литературы содержит 151 наименование, в том числе 36 на иностранных языках.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета сталежелезобетонных пролйтных строений с учбтом нарушения объединения плиты с главными балками.

2. Качественная и количественная оценка резерва несущей способности типовых пролётных строений.

3. Стохастическая модель временной нагрузки, применимая для конкретных условий к объектов.

4. Способа усиления типовых пролетных строений и технические возможности ш. применения.

5. Результаты технико-экономического анализа способов усиления.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность работы, приведены основные положения работа, выносимые на защиту.

В первой главе даётся общая характеристика объекта исследования.

Объектом исследования в данной работе ■ являются сталешлезобетокше пролетные строения автодорожных мостов, находяаиеся длительное время в эксплуатации (20-40 лет).

Анализ, проведенная на основе данных, ишяш?я в информационно-поисковой системе Мшавтсдорз РСК? (ИПС "МОСТ") показал, что наибольшее применение в РСФСР получили пролетные строения длиной от 30 до 63 м. Они составляют около 40% от общего числа металлических пролетных строений, в том числе около 90% мостов имеют типовые пролетные строения.

Эксплуатационные качества таких пролетных строений в значительной степени зависят от состояния узлов, обеспечивающих

объединение шита с главным балками. Мевду тем, как показывает практика эксплуатации сталехелезобетоншх мостов, именно в плите проезжей части возникает и концентрируется значительное количество различных дефектов. Для изучения вопросе влияния дефектов на грузоподъемность пролетпх строений была предпринята попытка проанализировать и обобщить не только опыт испытания к обследования сталекелезобетонных пролетных строений кафедрой мостов СибДЦИ, но ' также и материал, содержащийся в системе "ИПС-Мост".Получении7 результаты позволяют построить теоретическую интегральную кривую (кривую ресурса), считая что срок исправной работы пролётного строения величина. случайная. Использование данной кривой, в свою очередь, дает возможность проследить за изменением рассматриваемой выборки по времени.

Общее число мостов с пониженной грузоподъемность», как следствие • физического износа, к 1995 году достигнет 42,2% от общего числа пролетных. строений, построенных до 1984 года. Если учесть, что объем выборки составляет 456 мостов, го к 1995 году около 190 мостов перейдут в разряд сооруааннй с пониженной несущей способностью. '

Тральный износ (старение) - это сложный и многогранный процесс, разБИватщЁся во времени, он отражает увеличение временной нагрузки, а в шах случаях изменение (ужесточение) расчетных предпосылок и методик в течении срока сл>»5ы сооружения. Этот процесс развивается независимо от физического износа, но приводит к 'тому же результату - снижению - грузоподъемности. Нормативные врещлные нагрузки за последние 40 лет выросли почти в 1.5 раза.

При расчете сталекалезобетонвых пролетных строений, запроектированных до выхода нора СН 200-62, воздействия от усадки, ползучести бетона и обжатия швов плиты нэ "учитывались в расчетах. Ыезду тем, они могут вызвать увеличение сжимаадих напряжений в верхнем поясе главных балок на 200-300 Мпа.

Таким образом , именно совместное воздействие морального и физического износа привода к необходимости в усилении пролётных строений.

Проведбнный информационный и патентный поиск показал, что ещё в период с 1890 по 1910 гг. на большинстве железных дорог Европы занялись усилением мостов.' В I9II году в России появились публикации Подольского A.B. и Каменского В.В., посвященные данной проблеме: причем на протяжении последующих 20 лет они оставались

наиболее значительными отечественными работами в этой области.

С развитием железнодорожного и автомобильного транспорта в 30-х годах появляется ряд куриальных статей, посвященных усилению мостов в нашей стране н за рубэяом. В частности, в журнала •Железнодорожный путь" в период 1932-53 гг. была опубликованы три статьи инженера Н.Б.Лялила, посвященных изучении предпосылок усиления мостов, испытании металла старых мостов, а также использовании шпрвкгелей при усилении пролетных строений.

Несколько позез вышли работы Ф.С.Гребенкша, того же Н.Б. Ля тана и Т.М.Богданова. В послевоенный период остро встала проблема восстановления разрушенных мостов, при этом одним из аспектов проблеш было их усиление. Именно этому посвящены ряд работ Е.К.Гибшмана и А.А.Герцога. •

. Кроме того, в последние года бала изданы работы Г.К.Евграфова, В.О.Осипова, B.C. Анщшеровского, Н.Н.Якобсона, Ю.Г.Козшна, А.А.Ккрста. В них рассматриваются вопросы содержания и реконструкции даэлезнодороиных мостов. Большой ин'.зрес представляют работы М.Н.Лашенко и Н.С.Реброва, в которых дается представление о сужествудаях на сегодняшний дань методах усиления металлических конструкций и рассмотрены вопросы повышения их надежности в условиях низких температур.

В последнее время появляется мнскэство публикаций, свидетельствувдих об активизации работ по усилении эксплуатируемых мостов за рубеком, в первую очередь это' касается промшаленно развитых государств: США, Англия, Франция, Япония и др.

Во второй главе рассмотрена математическая модель эксплуатируемого пролётного строения. Пространсвэнный характер работы прлЗтного строения учитывался в рамках теории стеснённого кручения В.З. Власова при этом учитывается переменность сечения главных балок по длине. Для решения дифференциального уравнения равновесия при стеснённом кручении использован метод прогонки. Разработанный алгоритм лёг в основу программ FOL и HPK, позволяющих производить расчёт разрезных и неразрезных пролётных строений.

Для проверки адекватности принятой модели были проведены эксперименты на натурных объектах. Испытании подвергалось разрезное пролётное строение, выполненное по типовому проекту 460IKM (мост чере~ р. Иня) и неразрезное 43066 (мост через р. Зуру). . Относительное расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями нормальных напряжений и прогибов

составляет 5-158.

При расчёте пролётного строения, имеющего дефекты в свах объединения плиты с главными <3ежами представляется целесообразным рассматривать его как составной стержень, состоящий из двух ветвейгстальных балок, объодакЗшшх продольными и поперечными связями и келезобетонной плиты, связанной с главными балками упруго податливым швом с переменны-.« коэффициентом жёсткости (рис. I).

пронимая за основу теории составных стержне^ А.Р. Рваницына и стеснённого кручения В.З. Власова, работу пролётного строения мокно описать системой дифференциальных уравнений:

5ПТГА1р

т»

' Т2/?2" а22Т2~°23Т3::Л2р »

Где т1- сдвигающие усилия, возшкакщке от изгиба; Т2,Т3-сдвига-.ющие усилия, возникающие от стеснённого кручения;^,£2^3- ко~ эффшдиенты Жёсткости швов; еп,е22,523*^32'333,Д1р,Л2р,АЗр " единичные и грузовые перемещения канонической системы метода сил.

Для решения приведённой системы дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами был использован метод прогонки.

данный алгоритм был реализован на ЭВМ в виде программы зге. С помощью этой программы было проведено исследование работы балки с нарушенным объединением. При разрушение шва объединения значительно увеличиваются нормальные напряжения в верхней зоне главных балок, что увеличивает опасность потери местной устойчивости стенки главной балки, особенно для пролётных.строений проектировки конца 60-х годов, идаюцнх тонкую стенку.

Как выяснилось , повышение напряжений в верхнем отсеке главной балки возможно и при исправных узлах объединения, речь идёт о сечениях в которых происходит резкое изменение площади поясов. . Этот эффект можно объяснить следующим образом, если, предполагать, что шов объединения абсолютно жёсткий, то в зоне изменения сечения . пояса балки на эпвре сдвигающих усилий должен наблюдаться скачок. В действительности же жёсткость шва имеет конечную величину, а следовательно сдвигающие в этой зоне будут изшнятся плавно, перераспределяясь из более напряжённой зоны в менее напряжённую. Такое перераспределение повлечёт за собой уменьшение напряжений в

Схет для расчёт составного стерзмя: гита * гласные балки

Рис. I.

плите проезгяй части со стороны более напряжённого участка и, как следствие увеличение напряжений в верхнем поясе- Для разрезных типовых пролётннх строений степень. увеличения мокет достигать 10-2056 от напряжений полученных в предположении абсолютной вбсткости ива.

Важной составляющей математической модели, когда речь идЗт об эксплуатируемых пролбетых строениях, является временная нагрузка обрааашяяся по мосту. В случав морального шш физического износа пролётного строения, когда оно перестает удовлетворять требованиям по грузоподъемности, вста5т вопрос о выборе эксплуатационного режима шш дал о полном перекрытии движения, на данный вопрос сложно ответить, используя детерменированную модель нормативной нагрузки (А11.А8 и т.д.), так как реальная нагрузка, обращавшаяся по мосту мот.ер и не соответсвовать нормативной модем.

для имитации воздействия реальной временной. нагрузка была разработана стохастическая модель временной нагрузки. Зная интенсивность двихешя транспорта, по" «осту, а также состав грузопотока (да натурным замерам, либо по данным эксплуатирующих

организаций) автомобили расставляются в колонны по направлениям и полосам движения. Расстановка автомобилей по типам, дистанции, расположению в пределах ширина полосы производится случайно, для этого используется генератор псевдослучайных чисел. После расстановки автомобилей в колонке лимитируется движение колонны с шагом ДБ, на каждом шаге вычисляются и анализируются усилия и напряжения в расчётных сечениях.

Данный алгоритм лЭг б основу пакета программ, позволявшего имитировать воздействие автомобильной нагрузки на разрезное пролётное строение. Причём колонна может двигаться с различной скоростью и интенсивностью, пространственная работа пролЗтного строения учитывается в рамках теорш стеснённого кручения.

На рис. 2 приведены результаты численного эксперимента воздействия нагрузки на типовое пролбтное строение 480IKM, на тех ®е графиках нанесены линии, соответствующие нормативному момену от нагрузок All, А8, H-I8. Полученные данные говорят о том, что степень загруженности пролётных строений зависит от скорости и интенсивности движения транспорта. Следовательно появляется возможность связать такие понятия, как пропускная способность и степень нагруненности.

В заключение был проделан количественный и качественный анализ резерва несущей способности для разрезных типовых пролётных строения, при этом были исследованы осномше несущие элементы пролётных строений такие, как главные балки, плита проезкей части, упоры, продольные и поперечные связи.

В третьей главе рассмотрены способы усиления типовых пролётных строений, исследованы технические возможности га применения. К исследована» принято пять способов усиления пролётных строений: такие как усиление пролЗтного строения путём переустройства продольных связей, установки дополнительной фермы, установки дополнительных- подкрепляющих балок, а также объединение разрезного пролётного строения в неразрезное с усилением надопорного участка, установке дополнительной главной балки.

Наличие продольных связей значительно говшает крутильную жёсткость пролётного строения и уменьшает тем самым усилия и нагоякения от стеснённого кручения. Простешм методом увеличения крутильной жёсткости пролётного строения является увеличение сечения связей дополнительным металлом на величину МСБ. Очевидно, что степень уменьшения усилий и напряжений от кручения будет зависеть от величины габарита проезжей части. Ча рис э приведён

Зобисияосггь . изгибающего лаяэтп m сребнесуточной штенсивюст дВи&ошя транспорта. i

4)

К

КНм *

4500 ■ 4000

то то .

A« / Г

Itiftlllll/if ! Г Г Л 1. ¿./SJ.. ' Г ! Г J Г /¿.f ¡■„¿//XU-jt./ 1 и.

! II /, ,,!,!,< ,!//!//,! , /У / //SI ¡Si if ' f¿t , tr fftte

/I V

ft, < t r, и t !t r/r / J/, Гf ,

МО /ж ZJÛO 350!? 4SÛÛÎSOO S№

C&T

6)

M,

KHm

шо mo

Aft

Ht II it in It rr ft,! ((</!,! tftftlt t.'t lttt,t,t <<,! UtJft 4/U f.ùf.<rt&

и m /1 §

ilJi/ut 11< >n,r ! njrt /¿/;/;///////z///f/r / /sr KrrU/fA

mit ¿m зш 4â№ Sfto âf№ 'ль ж

Ci/F

Рлс.

график зависимости уменьшения напряжений в нижнем по ясе главных балок от увеличения сечения раскосов.

Измонете нереальных нжрягений ora кручения при изленекш. сечения продольных связей для различных габаритов проегхей

части.

Рис. 3

Относительное уменьаеше напряжений изменяется от 3% для Г-7 до IIS для Г-П.5. При этом увеличение сечения связей более чем вдвое нэ рационально. На этот же график нанесены прямые, отракающие уменьшение нормальных напряжений в главных балках при увеличении нижнего пояса балки на величину Мсв. Это позволяет получить интервал изменения йов на котором увеличение сечений связей даст больший эффект, чем увеличение сечения нижнего пояса балки.

Пра этом эффект от усиления достигает 4-9% от Ну стали.

Суть конструкции усиления при помощи дополнительной фермы заключается в следующем. Сквозная ферма располагается по оси пролётного строения, при этом eS верхним поясом является продольно-вспомогательная балка (прогон), а нижний пояс смонтирован под нижними распорками поперечных связей и жестко прикреплен по концам пролета к опорным диафрагмам. Верхние узлы прикрепления раскосов фермы на прогоне расположены в середине панели между верхними распорками поперечных связей. При этом ферма усиления устанавливается на опорах на новые опорные части. На случай невозможности или нецелесообразности установки опорных частей, конструкция снабжается раскосами, укреплёнными в горизонтальной . плоскости попарно, одними концами на соответствушей опорной дифрагме в узле прикрепления к ней нижнего пояса и опорного восходящего раскоса, а другими на главных балках

(рис. 4).

При определении требуемых сечений стержней фермы из условия разгрузки, усиляемых главных Оалок на величину до воспользуемся юпушением , заключавшемся в том, что степень участия фермы б :овместной работе с главными балками обратно пропорциональна »отношению их прогибов в сечении. Это позволяет перей.и к ивестной задаче расчёта фэрмы минимального объёма с предельным фогкбом Площадь 1-го стержня фермы вычисляем по ¿.рмуле:

Где усилие в 1-ом стержне от единичной сшш;кч - то ке от шгрузок; - длина ¿-го стержня; Е- модуль упругости; средельный прогиб фермы.

Ери расчёте статически неопределимы.! ферм площадь определя >тся методом последовательных приближений, при этом процесс ¡ходите* за 2-3 итерации. Следует учитывать, что площадь верхнего юяса задана, тогда при суммировании не учиты- ваются

:тержни верхнего пояса, а значение предельного прогиба шределяется выракением: *11я= здась тРе°УешЯ ПР°"

"иб фермы;1и-сотавля1сиая прогиба за счёт деформации верхнего юяса. При определении I необходимо учитывать стадийность ра-¡оты конструкции, а также тот факт, что большое влияние на ветчину 1 оказывает эксплуатационное состояние плиты проезжей :астн в месте при;.икания к прогону.

Ориентировочный расход металла на разрезную дополнительную крму мояао определять по приближённой формуле:

6=3,2 1<ГЧП^/111ш

'де 1^-расчбтный пролёт фермы; С-расход металла на ферму пролё-■ом 42 м цри115т=1 м. .

Функция с(Н> была аппроксимирована зависимостью^ вида: -!(Н)=о,025ШН-8,4080)4-0,5290; Здесь 2,4Ж 4,5 - высота ;ополкительной фермы по рискам поясов. На рис. 5 приведены кривые исхода стали при усилении типового пролётного строения 4801Ш. наибольший эффект установка дополнительной фермы даёт при замене литы проезяей части. Ферма, устанавливаемая до снятия шиты, беспечивает устойчивость верхнего пояса главных Оалок в момент .емонтана старой плиты и установки новой.

Применение предлагаемого способа позволяет сникать напряжения в давних балках пролётного строения на 20-30$ от расчётного

Конструкция усиления стлаз&лвзобтаююго пролетного аярьеш при, полощи дополнхтвлъной ферш

Ряс. 4

12

Расход стали на дополнительную феряу бистсп Н при усилении пролетного стро&кия 4801кл (ЩШПСК) при усшенчи 6о второй, стадш раоощ^ ■

Рис. 5

сопротивления стали. Ванное достоинство способа заключается в том, что он позволяет усилить не только главные балки но и прогон за сч9т уменьшения его пролбта вдвое, кроме этого уменьшаются реакций, передаваемые с прогона на поперечные связи, что ведЭт к их частичной разгрузке. Данное обстоятельство особенно важно для типовых пролбтных строений, запроектированных в 50-е года, так как именно перечисленные элементы этих пролЗгных строений перегружены.

Монтаж фермы производится без перекрытия двикения пб мосту, сборка колет производиться из элементов малой монтажной массы.

Другая конструкция , рассмотренная в работе представляет собой дополнительные ■ балки, устенавливанмые внутри усиливаемого пролетного строения манду главными балками, причЗм середина пролбта дополнительных Салок совпадает с вертикальной осью промежуточной опоры, (рис. 6. Такая конструкция может объединять два и Солее смежных пролбтных строения. Концы дополнительных балок закрепляется • на пролЗгноы строении, после чего путем поддомкрачивания да сере,дины пролЗта дсшашатедмд балок взредешся вертикальные реакции на усиливаемые главные балки. После придания йелкад вшйа определенной наличжш они фиксируется в оередана своего пролЗта. Таким образом, посла поддомкрачивания, дополнительные балки включаются в рвботу на часть постоянной

Конструкция усиления пролетого строекия при полот дополнительных псдирепмвжцх балок •

Рис. 6

нагрузки, величина которой определяется значением усилия поддомкрачивания. Кроме того дополнительные балки работает на временные нагрузки. Степень участия их в совместной работе в этом случав определяется, главным образом, соотношением гйсткостей главных и дополнительных балок.

Значительного эффекта мошо достигнуть при использовании предлагаемой конструкции при усиления неразрезных пролётных строений, в особенности, когда речь идёт об опорном сеченш.

Основным , достоинством предлагаемого способа является во можность регулировать усилия я включать дополнительные несуцпе элементы на постоянные нагрузки. Это свойство позволяет эффективно кспольэсэать данную конструкцию при нарушении узлов объединения шиты с главными балками, при этом • по мере развития процесса разрушения объединения, конструкция усиления в большей степени будет включаться з работу. Кроме этого дополнительные балки могут -воспринять до 15-20% от временной нагрузка. Если учитывать эффект от поддомкрачивания дополнительных балок, устанезка конструкции позволят уменьшить нормальные напрякзния з сечениях главных балок на 10-40Я от расчётного сопротивления стала.

При усилении раглезшх пролётшх строений путём их объединения в норазрэзныв, происходит перераспределению часта усилий в главных балках, что приводит к уменьшение усилий в средней части пролётов и к появлению их з опорных зонах (над промежуточными опорами). В силу того, что приопоряые участки разрезных пролётных строений имеют минимальное сечение, возникает необходимость в, их усилении. Известно, что создание предварительных сживающих напряжений в надопорных участках плита проезжей части не только значительно повышает трелданостсйкость штаты, но также увеличивает несущую способность надошрного участка пролётного 'строения. Предлагаемая конструкция позволяет включить плиту проезшй части в совместную работу с главными балками при полной её замене. Вновь укладываемая плита аз приопорном участке ьд монтируется сначала на промежуточные подбалки (рис. 7), устанавливаете в свою очередь на верхний пояс главных балок через прокладки толщиной 1;, затем блоки плдсч объединяются с подбалкой и между собой. После набора бетоном прочности, объединённой конструкции прокладки в средней части плиты удаляются, в результате чего возникает прогиб конструкт« от собственной масса, а следовательно, появляются начальные сяамадга» напряжения, в плите проезжей частя. Для увеличения -пыря^х.

Конструкция усиления штопорного учасшх главных Салон

напряжений при необходимости приопоршй участок м:,<;шо притрузить балластом. Выбрав проектный прогиб, равный толщине прокладок подбалки фиксируются на верхнем поясе главных балок при помощи высокопрочных болтов. Возникновение в плите снимающих, напряжений позволяет включить шшту 4.роззкей части в совместную работу с главными балками на отрицательный момент, возникающий от постоянных и временных нагрузок. Как показали выполненные исследования, объединение разрезных пролётных строений в неразрезные, позволяет увеличить несущую способность главных балок (для средней части пролёта) до 25% от ГЦ, стали. Включение плиты проезкей части в работу увеличивает несущую способность приопорного участка главных белок в 2,2-2,5 раза, что, как правило, бывает достаточно для обеспечения прочности.

При усилении путём установки дополнительной главной балки, чаще всего её рекомендуют располагать таким ооразом, чтобы после реконструкции поперечное сечение прол5тного строения осталось симметричным относительно вертикальной оси. Для уменьшения объёмов работ го уширешао опор предлагается устанавливать дополнительную главную балку на расстоянии меньшим В. Дополнительная балка, для включения её в работу, объединяется с реконструируемым пролётным строением продольными и поперечными связями, а тага» по плите проезжей чести (рис. 8).

При расчёте усиленных пролётных строений с несимметричным поперечным сеченнем проедлагаатся использовать теорюэ сте~нённого кручения. Если все вертикальные нагрузки привести к равнодействующей К и крутящему моменту Н для расчёта нестеснённое кручение вполне подходит алгоритм изложенный в гл. 2. При этом необходимо учитывать что стеснённое кручение пролётного строения вызывают не только временные' нагрузки, но и постоянные, добавляемые после уширения. Кроме того главные балки подвергаются косому изгибу. Учитывая вышеизложенное, напряжения, возникавдие в главны! балках определяются, как:

0 0 ы ч в

Где о",г^-нормальные и касательные напряжения в 1-ой точке сечения

от нагрузок действующих до усиления: с^ ^-нормальные напряжения в

1-ой точке сечения от усадки и ползучести бетона; о^.о^у-то же

от изгиба относительно главных осей после усиления;

т, -касательные напрякения в 1-ой точке сечения после усиления;

Усюновка Оопсшшпелъной г,<Мнай балки

Еис. 8.

°i формальные 2 касательные напряжения в i-ой точке сечения от' кручения временной -и постоянной, нагрузками. При оцредел-еаи составлявших напряжений необходимо учитывать историю натр' кения прол8тного строения, в тшске стадийность дх работы. Для гесчбта подобных пролбтных строений бала написана л реализована ка ЭВМ программа IKS, при. атом было использован ряд модулей прог )аммы POL. Проведённые исследования показали, что при увеличении ос ..зния шкнего пояса дополнительной балки Lt наблюдается ст ¡окение нормальных напряжений от изгиба на величину Аои (рис, 9).

Вместе с тем наблюдается увеличение напряжений от стеснённого кручения Ааш. Этот парадоксальный на первый взгляд Б'^фект объясняется тем, что при увеличении сечения пояса дополнительной балки происходит перемещение центра изгиба в сторону дополнительной балки, что в свою очередь приводит к возрастанию секториальяых координат точек сечения для усиливаемой крайней балки с одновременным ростом экцентриситета приложения равнодействующей от временной нагрузки. Для увеличения эффекта о* усиления необходимо включать дополнительную балку на постоянные нагрузки, для этого перед объединением дополнительной и усиляемых главных балок пролЭтвое строение разгружается путём снятия

.сфальтобэтоняого покрытия и части конструктивных слойв. Это :озволит уменьшить напряжения в главной бвлка еиб на 6-7% от Ну

:Т8ЛИ.

Кроме этого имеется ,возможность значительно уменьшить :апряжения от стеснЭнного кручения. Для этого достаточно вредвияуть всю проезжую часть в сторону дополнительной балки на 19 личину АГ. Такое перемещение значительно уменьшает ■ксцентриситет приложения временной нагрузки, а следовательно рутящий момент. Это позволит дополнительно уменьшить нормальные апрянеяия на 7-15Я от й^ стали. Суммарный эффект от установки ;ополнительной балки макет достигать 15-30® от стали

йайакекие корлнылес напряжений б сечении уашемй елеимой балки, при, увеличении сеченш нижнего пояса дополнительной

болт.' '

Четвёртая глава посвящена технико-экономическому сравнению ягособов усиления.

Для' оценки величины экономического эффекта от восстановления ши повышения гру-подъемно с ти пролетного строения )пределено снижение себестоимости ав?омобильвых перевозок по мосту

посла его реконструкции. Даны лриближЗнныа формулы для оценки снижения себестоимости перевозок после реконструкции, а тамге выражения, позволяющие определить сроки проведения реконструкции.

В таб. ¡приведены относительные показатели, характеризующие нетоды усиления.

Сравнение по относительным показателям дает более объективную картину. Так оказалось, что первый из рассматриваемых методов усиления имеет довольно высокий относительный расход материалов и средств, а также повышенную удельную трудоемкость.

Таблица I

Относительные экономические показатели при усилении пролетного строения с расчетным пролетом 1р=42 м. (при снижении напряжений на 1% от îL стали)

Наименовали способа усиления Расход стали, т Сметная стоимость, тыс.руб.« Трудоемкость тыс.чел.час.

1.Усиление или переоборудование продольных связей 2.Установка дополнительной фермы 3.Установка дополнительных подкрепляющих белок 4.Объединение разрезных пролетных строений в неразрезные 5.Установка дополнительной главной Салки 0.500.60 0.700.85 0.120.15 0.120.17 1.171.50 1.00-2.ОС 1.50-2.00 0,20-0.40 0.30-0.33 3.30-4.50 0.05-0.10 0.18-0.13 0.015-0.025 0.04-0.05 0.25-0.35

* в ценах 1985 года.

Наиболее эффективным по относительным показателям методом усиления является установка дополнительных . подкрепляющих балок. Сравнимые показатели имеет такке способ, предусматривающий объединение разрезных, пролетных, строений в неразрезные, проигрывакшй вышеупомянутому методу только по трудоемкости.

Для большинства из рассматриваемых способов усиления (исключая установку дополнительной балки) усиление экономически целесообразно уке с момента ■ снижения грузоподъемности ниже требуемого уровня.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Выполненные исследования показали, что совместное воздействие морального и физического износа резко сокращает срок службы сталежелезобетонных пролётных строений. Уже через 15-20 лет слунбы часть пролётных строений мостов не отвечает

требованиям по грузоподъёмности.

2 Как показывают результаты информационного и патентного поиска, известные на сегодняшний день способы усиления сталежелезобетонных пролётных, строений, зачастую не учитывают специфики работы данного типа пролётных строений, что подтверждает необходимость разработки новых способов.

3. У большинства исследованных типовых пролётных строений, имеются резервы по прочности поясов главных балок, тогда как по ряду других показателей (местная устойчивость, прочность бетона под упорами и т. д.) они не соответствуют современным требованиям.

4. Использование теории составных стержней позволило разработать методику расчЭта пролётных строений, имеющих нарушение объединения плиты с главными балками, при этом был обнаружен и оценён эффект перераспределения сдвигающих усилий в зоне изменения сечения поясов главных балок.

5. Степень загруженности пролётных строений и величина максимальных усилий, возникающих в главных балках зависит от скорости и интенсивности движения транспорта по мосту.

6. Из пяти, рассмотренных в работе способов усиления наименьший по абсолютной величине, эффект даёт увеличение сечешя или переоборудование продольных связей. Использование остальных способов' даёт примерно одинаковый эффект. ;

При этом комбинация способов позволяет увеличивать этот эффект в 1,5 - 2,0 раза, и он мокет достигать 50-70 % , от расчётного сопротивления стали.

7. Как показало технико-экономическое сравнение вариантов усиления, затраты на усиление, как правило, малы по сравнению с потерями, возникающими в связи с необходимостью регулирования движения (ограничение нагрузки на ось, организация объезда), следовательно проведение усиления, в большинстве случаев, будет экономически обосновано.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Парников С.Д Определение крутильного момента инерции для тонкостенных стержней . усиленных решеткой продольных связей.//Теоретические и экспериментальные исследования мостов/Сб. научн. тр. СнбШ - Омск, ОМПИ, 1985. - С. 17-23.

2. Еаршшсов С.Д., Пузиков В.И., Ильюшенко В.Т. Особен-

ности расчета реконструируемых СТЖБ пролетных строений.// Теоретические и экспериментальные исследования мостов/ СО. научн. тр. СибШ - Омск, ОМНИ, 1987,. - С. 36-46

3. Усиление СТЖБ пролетных строений при их ушрении. В кн: Опыт работ по уашраншо автодорожных мостов. - М: Транспорт, -1985. С. 32-38.

4. Паршиков С.Д., Дымура Д.П. Моделирование воздейсвия автомобильной нагрузки на эксплуатируемое прол9гное строение./доклады и сообщения Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации автодорожных мостов",- hi: -1990. - Ч. 2, С. I-IS.

5. Ильюшенко В.Т., Паршиков С.Д., Данков B.C. Усиление сталекелезобетонных пролётных строений эксплуатируемых мостов./Доклады и сообщения Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации автодорожных мостов".- М: -1990. - Ч. 2, С. 38-39.

6. Ильюшенко В.Т., Паршиков С.Д. Влияние физического износа эксплуатируемых СТЖБ пролбтных строений на их грузоподъёмность. // Теоретические и экспериментальные исследс^ания мостов /Сб. научн. тр. СибАДИ - Омск, ШЛИ, 1989,. - С. 31-37.

7. A.C. 1350227 СССР, ИОГ^ШД 1/00 Сталежеле зобе тонное керазрезное пролётное строение моста и способ его монтажа/ В.Т. Ильшенко, B.C. Данков, Б.И.,В.И. Пузиков, С.Д. Паршиков (СССР). - JM0SK40/33; Заявлено 23.04.86;0публ. С77.11.В7,Бюл. Ml - 4 с:кл.

8. A.C. 1392180 СССР. МгОГ^ЕОГД 7/02 Конструкция усиления надопорного участка главных балок / В.Т. Ильшенко, С.Д. Паршиков, ВЛ. Пузиков. Б.Г. Морозов (СССР). - Ji 4142980/29 -33; Заявлено 04.11.86; Опубл. 30.04.88, Бш. Я1& - 4 с:ил.

9. A.C. 1452878 СССР, ЫЮ/ЙШД 7/02 Конструкция усиления металлического пролётного строения моста / B.C. Данков В.Т. Ильшенко, В.И. Пузиков, С.Д. Парников (СССР). JM2S8I59/3I-33; Заявлено 24.06.87; Опубл. 04.09.83, Бюл. МЗ -84 с:ия.

10. Заявка 4436183/23-33 СССР ИКИ Е01Д 7/02 Уширеше пролётного строения моста/ B.C. Данков, В.Т. Ильшенко, В-И. Пузиков, С.Д. Парников, В.й. Тзрнарушшй» Г .И. Вкницкий, Т.Н. Соколова (СССР). - Заявлено 03.06.88; Положит, решение ННИИГПЭ на выдачу а.с. от 21.12.88.