3.1. Проектирование и расчет узла объединения железобетонной плиты проезжей части и металлических главных балок производится в соответствии-с указаниями СНиП 2.05.03-84* и настоящих Методических рекомендаций.
Железобетонную плиту сталежелезобетонных автодорожных, городских и пешеходных мостов следует рассчитывать на прочность и трещиностойкость, в соответствии с требованиями п. 5.24* СНиП 2.05.03-84*.
Расчеты следует выполнять исходя из гипотезы плоских сечений.
При всех видах расчетов податливость швов объединения железобетонной плиты и металлической балки не учитывается.
3.2. Расчет железобетонной плиты проезжей части в поперечном направлении на временные нагрузки производят как для неразрезной балки, расположенной на жестких опорах. Жесткость плиты в пролете и над опорами принимается одинаковой, в продольном - направлении плита считается бесконечной.
3.3. При расчете конструкции объединения плиты проезжей части с металлическими балками на сдвигающие усилия учитывают работу:
- поперечных стержней нижней арматурной сетки;
- поперечных стержней - коротышей;
- бетона по плоскостям вырезов в гребенках (рисунок 7).
Силы сцепления бетона по боковым поверхностям гребня в расчете на сдвиг не учитывают.
Поперечные стержни, проходящие через пазы и отверстия в гребне, рассчитывают как гибкие стержневые упоры.
Сдвигающее усилие, приходящееся на один гибкий упор объединения в виде круглых стержней при , определяют исходя из условий его работы на изгиб со смятием бетона в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы", приложение 22:
.
Здесь l - длина круглого стержня гибкого упора; d - диаметр стержня гибкого упора; - расчетное сопротивление бетона на сжатие.
Кроме того, должно быть выполнено условие:
, где m - коэффициент условий работы, принимаемый для соединений в пролетных строениях; m=1 (СНиП 2.05.03-84, табл. 60);
- расчетное сопротивление растяжению для арматуры соответствующего класса, принимаемое по табл. 31 СНиП 2.05.03-84*.
Расчетное усилие при работе бетона по плоскостям вырезов в гребенках на сдвиг:
.
где - расчетное сопротивление бетона на непосредственный сдвиг;
- площадь сечения, по которому происходит сдвиг;
- число расчетных сдвигов бетона.
При расчете стыка объединения плиты с главной балкой на сдвиг влияние бетонных шпонок составляет от 3 до 5%. Этим влиянием можно пренебречь, считая, что все сдвигающие усилия по гребню воспринимаются поперечной арматурой нижней арматурной сетки и коротышами.
3.4. При расчете пролетных строений проверку прочности прикрепления гребней к поясам главных балок производить не следует.
3.5. Значения нормативных сопротивлений металла сварных угловых швов, выполняемых ручной сваркой, следует принимать равными значениям временного сопротивления разрыву металла шва по ГОСТ 9467-75* в зависимости от типа электродов:
Тип электрода | Э42А | Э46А | Э50А |
R_wun, МПа (кгс/мм2) | 410(42) | 450(46) | 490(50) |
Значения для полуавтоматической сварки угловых швов проволокой Св-08Г2С или Св-08Г2СЦ в среде защитных газов принимают =490 МПа (5000 ). Для автоматической сварки под флюсом проволокой Св-10НМА или Св-10Г2 =590 МПа (6000 ).
4. Учет температуры и усадки твердеющего бетона при изготовлении монолитной плиты проезжей части
4.1. Характер воздействий температуры и усадки бетона
При бетонировании плиты в результате саморазогрева бетона вследствие экзотермии и более быстрого, по сравнению с плитой, охлаждения металлических балок в ночное время в плите могут возникать растягивающие напряжения.
Для примера на рисунке 8 показан ход температур в плите и в балке в разные периоды выстойки бетона захватки, где под захваткой понимается длина участка бетонирования, которая была принята от 46 до 80 м.
Циклический характер изменения температуры бетона и металла определяется суточным ходом температуры воздуха и саморазогревом бетона вследствие экзотермии. Наибольший перепад между температурой бетона и металла, который и определяет уровень напряжений, наступает через 24-36 часов после начала бетонирования.
Свежеуложенная бетонная смесь разогреваясь за счет экзотермии цемента, расширяется. Эти деформации первоначально протекают независимо от стальной балки в силу пластичности смеси. По мере твердения бетона и формирования связи между бетоном плиты и балкой начинается их совместная работа. Началом совместной работы считается момент, когда прочность бетона достигает (0,25-0,3)R28, где R28 - марочная прочность бетона.
В связи с неравномерностью распределения температуры в сечении плиты прочность бетона в стадии его формирования также может быть неравномерной (рисунок 9). Однако в дальнейшем, при учете влияния температур расчетным путем, распределение температур (а вместе с ними - прочности и усадки бетона) условно принимается равномерным по сечению.
После выравнивания температур по сечению пролетного строения (в плите и в балке) в бетонной плите возникают растягивающие напряжения, достигающие для конкретного рассматриваемого случая около 5 .
Сами по себе эти напряжения невелики, однако они могут суммироваться с напряжениями от временной нагрузки, в том числе в зоне отрицательных моментов, с усадочными напряжениями, с растягивающими температурными напряжениями в плите криволинейного в плане пролетного строения из-за одностороннего перегрева солнечной радиацией (эти напряжения могут достигать 10 ) и др.
Под усадкой бетона понимается самопроизвольное, не вызванное внешней нагрузкой, объемное сокращение бетона. Различают три основные вида усадки:
- усадка твердения, или контракционная, которая происходит при формировании бетона как материала;
- усадка от влагопотерь, или градиентная, объясняющаяся, главным образом, потерей влаги в окружающую среду вследствие испарения;
- усадка карбонизации, являющаяся следствием разложения в бетоне кристаллов гидроокиси кальция под влиянием углекислого газа воздуха.
Третий вид усадки изучен недостаточно и учитывается совместно со вторым видом усадки.
В процессе твердения бетона, защищенного от потери влаги (высыхания) опалубкой и влагоизолирующим покрытием, происходит только контракционная усадка. Она начинается с началом схватывания бетона. Наиболее интенсивно она протекает в первые часы формирования бетона. Рост усадочных деформаций описывается практически той же кривой, что и рост прочности бетона.
В идеально свободно лежащей плите усадка не вызывает напряжений. Однако в результате сцепления с металлом балки в плите возникают стесненные деформации и напряжения.
Напряжения в бетоне, вызванные перепадом температур в сечении и усадкой бетона, релаксируют со временем в результате ползучести бетона. Влияние ползучести на снижение напряжений велико, тем более, что бетон, будучи в молодом возрасте, пластичен.
Поэтому учет ползучести при расчетном определении напряжений от воздействий температуры и усадки обязателен.
Линейные растягивающие температурные и усадочные деформации бетона при совместном их учете суммируются.
Воздействие температуры и усадки бетона может быть учтено расчетным путем по методике, изложенной ниже, в разделе 4.2.
Негативное влияние этого воздействия можно уменьшить путем применения специальных конструктивно-технологических мероприятий, которые изложены в разделе 4.3.
4.2. Учет температурно-усадочных факторов расчетным путем
В данном разделе изложена методика, которая позволяет учитывать линейные относительные стесненные деформации растяжения от приращения (разности) температур AT и контракционной усадки бетона (усадки твердения) в бетонной плите проезжей части в стадии ее изготовления, т.е. в возрасте до 28 суток.