книги / Эксплуатация мостов. Особенности эксплуатации железобетонных конструкций мостов

11.3. Метод усиления конструкций полимербетонными материалами

По сути этот метод, так же как и предыдущий, основан на увеличении поперечного сечения.

Способы изготовления полимербетонов можно классифицировать следующим образом:

–полимербетон изготавливается добавлением полимера в обычный свежий бетон при перемешивании;

–полимербетон изготавливается пропиткой полимером затвердевшего обычного бетона на основе цемента;

–полимербетон изготавливается на основе полимера, применяемого в качестве вяжущего с обычными заполнителями (песок, щебень).

Область применения полимербетона обусловлена его положительными свойствами: высокой плотностью, низкой проницаемостью, износостойкостью, стойкостью к действиям агрессивных сред.

К недостаткам полимербетона относятся:

–развитие значительных деформаций ползучести при высоких температурах (отсюда и низкая огнестойкость);

–восприимчивость к температурным колебаниям и действию ультрафиолетового излучения.

11.4.Усиление конструкций предварительным напряжением наружных элементов

Особенно эффективно применение данного метода для уменьшения прогибов конструкции. Усиление предварительным напряжением прядями может применяться как на внутренней поверхности балок коробчатого сечения, так и на внешней растянутой стороне тавровых и двутавровых мостовых балок (рис. 11.5). Метод повышает несущую способность и трещиностойкость железобетонной конструкции.

131

Рис. 11.5. Усиление балок пролетного строения преднапряжением наружных элементов: 1 – усиливаемая балка; 2 – опора элемента усиления; 3 – шпренгель (тяга); 4 – натяжное устройство; 5 – упор; 6 – резиновая прокладка; 7 – фиксатор

Достоинства данного способа усиления:

–простота технологии производства работ по усилению;

–возможность замены напрягаемых элементов, всей конструкции усиления;

–возможность мониторинга усиленной конструкции в течение всего периода эксплуатации.

Недостатками данного способа усиления являются:

–коррозия металла усиливающих элементов;

–низкая огнестойкость или необходимость защиты конструкций усиления оболочкой из торкретбетона;

–незащищенность от актов вандализма.

132

11.5. Усиление конструкций установкой дублирующих элементов

Данный способ заключается в установке рядом с усиливаемой конструкцией или в промежутке между существующими конструкциями дублирующих элементов.

Дополнительные элементы разгружают несущие конструкции, воспринимают часть расчетной нагрузки. При этом предусматриваются мероприятия по включению в совместную работу элементов с усиливаемой конструкцией. Такими мероприятиями могут быть установка дополнительных связей или поддомкрачивание, например плит пролетных строений с заведением в зазоры между плитами и дублирующими элементами клиньев, через которые после снятия домкратов передаются нагрузки от плит на дублирующие элементы.

Достоинствами данного метода являются:

–простота изготовления и устройства;

–включение в работу сразу после выполнения работ. Недостаток – ограниченная область применения метода.

11.6.Усиление конструкций изменением расчетных

игеометрических схем

Данный метод используется для превращения однопролетных схем в многопролетные. Ряд однопролетных балок соединяются на опорах накладками, создаются неразрезные балки, расчетные усилия в которых от тех же нагрузок будут меньше на 30–40 %.

11.7. Усиление конструкций методом наклейки поверхностной арматуры

В качестве дополнительной арматуры может применяться листовая и профильная арматура, размещаемая на поверхности усиливаемой конструкции или стержневая арматура, размещаемая в специально подготовленных пазах или в слое полимерраствора

(рис. 11.6).

133

Рис. 11.6. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием

	арматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 –	полимерраствор;
3 –	анкер; 4 – шурф; 5 – листовая арматура; 6 –	уголок; 7 – швеллер;
8 –	паз; 9 – стержневая арматура; 10 – обмазка	из полимерраствора

Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных приклеиванием дополнительной арматуры в растянутой зоне, производится аналогично расчету при усилении методом увеличения поперечного сечения, рассмотренным в подразд.11.2.

Кроме этого производится также расчет прочности контактного шва между элементом усиления и усиливаемой конструкцией по нормальному сечению в месте наибольшего изгибающего момента и ближайшему к опоре наклонному сечению из условия: T ≤ Tи.

Сдвигающее усилие в шве от внешней нагрузки в месте наибольшего изгибающего момента определяется из условия равновесия сил в нормальном сечении:

T =	M max − Rs As zs	≤ R	A .
		s.ad	s.ad
	zs.ad

Сдвигающее усилие в шве от внешней нагрузки в общем случае определяется из условия равновесия сил в наклонном сечении

(рис. 11.7):

	(M	0 +Q0 С − Pi yi	− 0,5gc2 − 0,5gsw C 2 − Rs As	)
T =					≤ R		A	,
			zs.ad		s.ad		s.ad

где M 0 ,Q0 – момент и поперечная сила в сечении, проходящем через начало наклонного сечения в растянутой зоне; Pi , yi – сосредо-

точенные нагрузки в пределах наклонного сечения и расстояние от их места приложения до конца наклонного сечения в сжатой зоне; g – равномерно распределенная нагрузка в пределах наклонного

134

сечения; gsw – интенсивность усилий в поперечной арматуре,

gsw	=	Rsw Asw	; C – длина проекции наклонного сечения.
		s

Рис. 11.7. Расчетная схема усиления методом наклейки поверхностной арматуры

Для усиливаемой конструкции с поперечным армированием

n

Q0 − ∑ Pi

С=	i =1	.
	gsw + g

135

Для усиливаемой конструкции без поперечной арматуры

С=	ϕ		R	b	h 2
		bt	bt		0	.
			g

Полученное значение С принимается не менее h0 и не более 2,5h0 (для балочных конструкций).

К преимуществам данного метода следует отнести:

–доступность конструкции усиления для последующего мониторинга при эксплуатации сооружения;

–отработанность технологии усиления, наличие нормативных документов по усилению конструкций мостовых сооружений.

К недостаткам метода наклейки поверхностной арматуры можно отнести:

–необходимо применять специальные анкерные устройства для поддержания конструкции усиления во время монтажа, что, как правило, приводит к повреждениям бетона усиливаемой конструкции;

–подготовка конструкции для усиления и сам процесс усиления весьма трудоемки и дороги; подготавливаемые поверхности должны быть в ровном и чистом состоянии;

–склеивающий материал (адгезив) должен быть как минимум такой же прочности на растяжение и сдвиг, как и бетон, возможное разрушение должно проходить по бетону;

–для предотвращения хрупкого разрушения листовой материал усиления (пластины) должен быть тонким и длинным.

11.8. Усиление конструкций композиционными материалами

В последнее время (с конца 80-х гг. XX в.) данный метод получил широкое распространение и по праву является наиболее перспективным методом.

Метод усиления композиционными материалами по сути своей очень схож с методом усиления конструкций наклейкой поверхностной арматуры, с той лишь разницей, что вместо металлических

136

профилей или полос (листов) усиления применяются композиционные материалы (КМ).

Композиционные материалы для усиления железобетонных конструкций из тонких углеродных, стеклянных, полиэфирных, арамидных волокон (фибры), омоноличенных (ламинированных) в полимере в виде жестких полос или пластин, носящих общее название «ламинаты». Другим распространенным типом композиционных материалов являются холсты, представляющие собой гибкую ткань с одноили двунаправленным расположением волокон. Композиционные материалы, изготовленные на основе тонких волокон (фибры), сокращенно обозначают КМФ.

Полосы изготовляются толщиной 1–2 мм и шириной обычно 50–150 мм. Прочность на растяжение составляет 1,4–3,1 ГПа, модуль упругости 140–360 ГПа.

Холстовые материалы выпускаются толщиной 0,11–0,2 мм, шириной 300 мм и более. Прочность на растяжение составляет 1,55–4,2 ГПа, модуль упругости 65–640 ГПа.

Преимущества применения КМФ:

–композиционные материалы на основе углеродных (КМФу), армидных (КМФа) и стекловолокон (КМФс) имеют значительно большую (почти на порядок) прочность на растяжение, чем металлические полосы, при этом их удельный вес в 4–5 раз меньше, чем у стали;

–низкий вес КМФ делает их установку и приклеивание к усиливаемой конструкции менее трудоемкой, более безопасной;

–в большинстве случаев при усилении пролетных строений композиционными материалами не требуется применение специальных анкерных устройств, т.е. не повреждается усиливаемая конструкция;

–полосы (ламинат) КМФ изготовляются любой длины и поставляются в рулонах, таким образом, отпадает необходимость дополнительных мест соединения полос;

–КМФ легко поддаются преднапряжению;

137

–холстовый материал можно использовать для усиления железобетонных конструкций любой формы, так как он очень гибок и будет повторять очертания конструкции;

–компоненты КМФ (волокна и отверждающий полимер) долговечны, обладают хорошей выносливостью, в процессе эксплуатации не требуют дополнительных мероприятий по защите от воздействия внешней среды.

Основными недостатками применения метода усиления конструкций КМФ являются отсутствие нормативных документов по расчетам усиления, проектированию и технологии производства работ по усилению конструкций.

138

12.УШИРЕНИЕ МОСТОВ

Всвязи с тем, что в данном разделе рассматриваются методы и схемы уширения мостовых сооружений с использованием материалов, применяемых в 80-х гг. (ВСН 51–88 [24]), на приведенных схемах фигурируют морально устаревшие типы тротуаров, выполненных из накладных тротуарных блоков.

Проекты уширения мостовых сооружений следует разрабатывать в соответствии с нормативными документами.

Исходными данными для разработки проекта уширения являются:

– результаты обследования, а при необходимости испытания моста с оценкой технического состояния и грузоподъемности сооружения;

– материалы инженерно-геологических и гидрологических изысканий;

– топографические данные.

При наличии документации на мост (проект, исполнительная документация, геологические данные, результаты обследования и испытания, сведения о ремонтах) разработка проекта уширения может осуществляться без дополнительных изысканий. При этом давность материалов обследования не должна превышать двух, а испытания – пяти лет.

При разработке проекта уширения моста необходимо максимально использовать существующие конструкции, предусматривая удаление их из состава сооружения лишь в том случае, если доказана невозможность их дальнейшего использования при измененном режиме эксплуатации.

Решение об использовании строительных конструкций и оснований опор существующего постоянного моста принимают в процессе разработки технико-экономических расчетов (ТЭР) реконст-

139

рукции мостового перехода или ТЭР реконструкции автомобильной дороги, включающей в себя этот мост.

Пригодные по несущей способности и с восстанавливаемой работоспособностью элементы пролетных строений необходимо, как правило, использовать на том же объекте и в том же пролете с минимальным объемом работ по их демонтажу и установке в новое проектное положение.

Опоры мостов с фундаментами, имеющими недопустимые осадки, крены, сдвиги, размывы или другие деформации, могут быть использованы при уширении и усилении мостов только при условии их капитальной перестройки.

При выборе технического решения по уширению необходимо учитывать состояние сооружения в целом и его отдельных элементов. Следует принимать решения, которые одновременно с увеличением габарита до требуемых размеров позволяют снизить напряженное состояние в наиболее нагруженных элементах конструкций или повысить (восстановить) грузоподъемность моста. Допускается в отдельных случаях, т.е. при наличии обоснования, восстанавливать грузоподъемность моста лишь до уровня, определенного проектом, который разработан до введения в действие СНиП 2.05.03–84, при уширении малых и средних мостов на дорогах областного и местного значения (до уровня, характеризуемого нагрузкой Н–13 и

НГ–60).

Оценку технического состояния сооружения производят по результатам обследования по методикам, изложенным в разделе 3 настоящего пособия, с учетом требований, изложенных в нормативных документах.

Обследование конструкций для разработки проекта реконструкции, в том числе и с уширением моста производят для надземных элементов. Скрытые элементы обследуют только в случае видимых признаков начала разрушения открытых частей, при наличии коррозии бетона подферменной площадки береговой опоры из-за плохой гидроизоляции шкафной стенки и протекания воды через стыки ее элементов; при деформации опор или наличии сведений из

140