7.4. Конструкції нерозрізних і консольних пролітних будов

Переваги нерозрізних і консольних пролітних будов в порівнянні з розрізними визначаються тим, що на їх проміжних опорах виникають негативні моменти, що значною мірою зменшують позитивні моменти в серединах прольотів і забезпечують зменшення витрати матеріалу. У них застосовується також мінімальна кількість деформаційних швів, що підвищує їх експлуатаційні якості. Крім того, їх проміжні опори від вертикальних навантажень працюють на центральне стиску унаслідок того, що над ними знаходиться тільки одна опорна частина.

Нерозрізні пролітні будови широко застосовуються в області малих, середніх і великих прольотів, при цьому кількість прольотів обмежується лише повною довжиною нерозрізного батога з умов забезпечення температурних деформацій. Тривалий час широке застосування нерозрізних мостів стримувалося небезпекою нерівномірних осідань опор, що викликають в нерозрізних пролітних будовах додаткові і небезпечні зусилля. Після освоєння будівельниками технології створення надійних фундаментів, що виключають істотні осідання опор, була відкрита можливість для широкого застосування нерозрізних мостів.

Консольні залізобетонні пролітні будови мостів в даний час знаходять застосування в області середніх і великих прольотів тільки за особливо складних грунтових умов, що утрудняють запобігання нерівномірним осіданням опор.

Нерозрізні і консольні мости можуть бути монолітними і збірними. Багаторічний досвід їх експлуатації свідчить про більшу надійність монолітних мостів, що визначається можливістю стиковки конструктивної арматури в поперечних швах бетонування.

Розрізняють наступні групи збірних і монолітних нерозрізних пролітних будов:

• пролітні будови, що збираються із стандартних цілоперевожуваних балок або плит завдовжки від 15 до 33 м з пристроєм монолітних стиків на проміжних опорах. Цей стик складний, оскільки знаходиться в зоні максимального моменту, що згинає (рис. 7.20, б);

• пролітні будови, що збираються з тих же стандартних цілоперевожуваних балок або плит і спеціальних надопорных вставок завдовжки 6…12 м з пристроєм монолітних стиків в зоні мінімальних згинальних моментів (рис. 7.20, б). У такий спосіб досягаються нерозрізні прольоти в межах від 24 до 50 м. Проте для реалізації цього способу потрібний пристрій підмостей, що можливо тільки при будівництві шляхопроводів або пролітних будов моста в заплавній частині річки;

• пролітні будови постійної висоти, що збираються з плитно-ребристих або коробчатих блоків або зводяться з монолітного бетону з пристроєм багатьох поперечних швів, обжатих заздалегідь напружуваною арматурою (рис. 7.20, в). Застосовуються при прольотах від 33 до 84 м. Зводяться при невеликій кількості прольотів конвеєрно-тиловою збіркою або бетонуванням з подальшим подовжнім насуванням, а при великій кількості прольотів – методом попрольотної збірки або бетонування на переміщуваних підмостях. Велику кількість поперечних швів знижує надійність збірних пролітних будов цього типу. Краще застосовувати монолітні пролітні будови, оскільки в цьому випадків швах бетонування представляється можливим об'єднувати конструктивну арматуру;

• пролітні будови з полігональним контуром нижнього поясу (рис. 7.20, г), збирані з коробчатих бетонних блоків урівноваженою навісною збіркою або що зводяться навісним бетонуванням з пристроєм великої кількості поперечних швів в прольоті, обжатих заздалегідь напружуваною арматурою. Збірні пролітні будови цього типу застосовувалися при прольотах від 84 до 126 м. Висота балок над опорами в два-три рази більше, ніж в середній частині прольоту, що відповідає співвідношенню згинальних моментів, в цих перетинах. Краще застосовувати монолітні пролітні будови. Вони надійніші за несучою здатністю швів, так в них представляється можливим об'єднувати конструктивну арматуру.

Рис. 7.20. Види (а – г) збірних і монолітних нерозрізних пролітних будов

Багатопролітна нерозрізна система перетворюється на консольну, якщо в окремих поперечних перетинах ввести шарнірні з'єднання. Введення двох шарнірів в прольоті приводить до того, що в перетинах консолей виникають тільки негативні моменти, а в підвісних балках – тільки позитивні. Це дає можливість застосовувати як підвісні балки уніфіковані балочні елементи. У консольних пролітних будовах в місцях шарнірів виникають переломи профілю проїзду, що знижує комфортність руху. У місцях установки шарнірів необхідні деформаційні шви, що відноситься до недоліків консольних пролітних будов. Їх перевага – можливість застосування в умовах прояву нерівномірних осідань опор.

Форма поперечного перетину нерозрізних пролітних будов. У нерозрізних пролітних будовах перших двох груп (див. рис. 7.20, а, б), що створюються з використанням уніфікованих елементів розрізних пролітних будов, застосовуються ті ж поперечні перетини, що і в розрізних. У пролітних будовах наступних груп (див. рис. 7.20, в, г) зберігається в основному та ж залежність форми поперечного перетину від величини прольоту, що і для розрізних пролітних будов. Є лише одна особливість, пов'язана з тим, що в нерозрізних прольотах на проміжних опорах виникають значні негативні моменти, які залежно від способу виробництва робіт по абсолютній величині можуть бути набагато більше позитивних згинальних моментів, виникають в середині прольоту.

У ребристих нерозрізних пролітних будовах плита проїзної частини в зоні позитивних моментів успішно виконує функції стиснутої зони при загальній дії навантаження. У зоні негативних моментів нерозрізних пролітних будов виникає стисла зона в нижній частині ребер. Це викликає необхідність розвивати ширину ребер. Розвиток нижнього поясу приводить до перетину коробчатої форми, що набув широкого поширення в пролітних будовах середніх і великих прольотів. Нижня плита коробчатого перетину служить стислою зоною на ділянках балки, де діють негативні згинальні моменти, і дозволяє зручно розмістити заздалегідь напружену арматуру один-два ряду на ділянках з позитивними моментами.

Рис. 7.21. Форма поперечного перетину плитно-ребристої пролітної будови

Зовнішні розміри коробки в пролітних будовах з постійною висотою по довжині прольоту (див. рис. 7.20, в) залишаються незмінними, в приопорній зоні змінюються лише розміри внутрішньої порожнини. У пролітних будовах із змінною висотою (див. рис. 7.20, г) по довжині прольоту змінюється і висота поперечного перетину коробки. Це дозволяє на проміжній опорі застосовувати плиту меншої товщини.

Поперечний перетин плитно-ребристих збірних і монолітних пролітних будов (рис. 7.21) має два могутні поперечні ребра, об'єднаних плитою проїзної частини з повною шириною від 10 до 20 м. При прольотах 24, 33 і 42 м поперечні перетини мають постійну по довжині прольоту висоту ребер, рівну приблизно 1/20 прольоту. При прольоті 63 м в приопорній зоні проміжних опор висота ребер змінюється по лінійному закону від 320 см на опорі до 210 см на видаленні 15 м від опори.

Рис. 7.22. Поперечний перетин коробчатої пролітної будови

При середніх і великих прольотах як в збірних, так і в монолітних пролітних будовах застосовуються коробчаті поперечні перетини. Для пролітних будов з проїжджою частиною широчіні

ний до 19...20 м застосовується однокоробчатий поперечний перетин з розвиненими консолями (рис. 7.22). Стінки такого перетину виконують похилими, що дозволяє зменшити ширину і об'єм опор. При більшій ширині моста поперечний перетин компонують з двох або декількох коробок або застосовують розширені коробки з проміжними стінками. Нижня плита коробчатого перетину служить стислою зоною на ділянках з негативними моментами і дозволяє розмістити декілька рядів напружуваної арматури на ділянці з позитивними моментами. Коробчатий перетин добре працює при дії ексцентричного навантаження у зв'язку з тим, що його жорсткість при роботі на кручення в десятки разів більше в порівнянні з жорсткістю незамкнутих перетинів з тими ж розмірами.

У нерозрізних і консольних пролітних будовах у проміжних опор виникають значні негативні моменти і поперечні сили. Несуча здатність приопорних перетинів при постійній висоті підвищують збільшенням товщини ребер і товщини нижньої плити.

При великих прольотах використовують декілька способів збільшення несучої здатності опорних перетинів: збільшують висоту за рахунок додання полігонального або криволінійного контура нижнього поясу, а також товщину нижньої плити і стінок.

Висота перетину балок у опор з прольотами більше 60 м зазвичай складає 1/15…1/25 прольоту. Висота перетину в середині прольоту для нерозрізних балок складає 1/25…1/40 прольоту, в консольних пролітних будови вона рівна висоті підвісних балок.

Стінки коробчатих перетинів встановлюють на відстані 10…15 м. З’єдна ння стінок з плитами бажано проводити за допомогою кривих. Верхній плиті додають ухили в поперечному напрямі, необхідні для відведення води.

Товщину плити проїзної частини визначають з умови її роботи на згин в поперечному напрямі від місцевої дії транспортних засобів. Отримувана при цьому товщина повинна бути достатньої для роботи плити у складі всієї пролітної будови на загальну дію всіх навантажень. Товщину стінок визначають з умов їх роботи на поперечні сили. На ділянках з невеликими поперечними силами товщину стінок призначають по технологічних міркуваннях.

Товщину нижньої плити на ділянках з позитивними моментами визначають умовами розміщення напружуваної арматури, а на ділянках з негативними моментами – роботою її на стиску у складі всього перетину.

Поперечне розчленовування збірних коробчатих пролітних будов проводять з умови вантажопідйомності монтажних кранів 40…60 т. Поперечні шви виконують зубчатими для забезпечення сприйняття поперечної сили, замонолічують клеями і обтискають напружуваною арматурою.

Консольні пролітні будови при невеликих прольотах складають з балок таврового перетину, що сполучаються подовжніми швами. Консольні і підвісні елементи вмонтовують цілком і з’єднують шарнірами. При прольотах більше 63 м двотаврова форма перетину виявляється неекономічною. Ділянки з негативними моментами в цьому випадку виконують коробчатими, для підвісних ділянок застосовують двотаврову форму балок.

Армування нерозрізних пролітних будов. Нерозрізні пролітні будови армують із застосуванням напружуваної арматури. На ділянках з позитивними моментами робоча арматура розташовується в нижній зоні балки, на ділянках з негативними моментами – у верхній зоні. У зоні невеликих моментів здійснюється переклад арматури з нижньої зони у верхню відповідно до огинаючої епюри моментів. Відгини і хомути використовують для сприйняття поперечної сили.

Заздалегідь напружену арматуру розташовують так, щоб створити в бетоні попереднє обтискання в тих зонах, в яких при дії зовнішнього навантаження виникає розтягування. При спорудженні пролітної будови методами подовжнього насування, попрольотного бетонування або складки напружувану арматуру розміщують по плавних кривих: у серединах прольотів її розміщують в нижній зоні, а над проміжними опорами – у верхній зоні (рис. 7.23, а, б). У шві бетонування 2 або монолітному стику збірних секцій її стикують спеціальними пристроями (рис. 7.23, б, в). Можливо також розміщення їх внакладку, що виключає необхідність їх стиковки. При навісному бетонуванні арматурні пучки або стрижні розташовують у верхній зоні (рис. 7.23, г). Під час бетонування і на початку експлуатаційного періоду, поки не виявилися істотно деформації повзучості, балка від власної ваги працює як консоль. Позитивні моменти в ній з'являються від дії тимчасових навантажень, а після прояву деформацій повзучості – і від власної ваги балок. Для їх сприйняття в серединах прольотів встановлюють в нижній зоні арматурні пучки (див. рис. 7.23, г).

Рис. 7.23. Варіанти схем (а – г) армування напружуваною арматурою:

1 – пучки напружуваної арматури; 2 – шов бетонування; 3 – пучки арматури, що напружуються для об'єднання збірних балок в нерозрізну пролітну будову; 4 – арматура, що напружується до бетонування; 5 – монолітний стик збірних балок; 6, 7 – нижня напружувана арматура для сприйняття позитивних згинальних моментів

Напружувану арматуру рекомендується розміщувати в закритих каналах. По закритих каналах представляється можливим переводити її в плані у верхній плиті і переводити потім в ребра конструкції для поліпшення їх роботи на поперечні сили. Застосування криволінійною в плані і профілі арматури, розміщеної в закритих каналах, дозволяє створити надійнішу конструкцію. Канали після натягнення пучків необхідно ін'єктувати цементним розчином.

Нерозрізні пролітні будови армуються і конструктивною ненапружуваною арматурою. На рис. 7.24 приведено армування ненапружуваною арматурою плитно-ребристих, а на рис. 7.25 – коробчатих пролітних будов.

Армування плитно-ребристої пролітної будови ненапружуваною арматурою складається з верхньої сітки плити А-1, арматурного каркаса А-2 стінки ребра, що включає хомути ребра, нижню арматуру плити в консольній її частині, нижню і верхню арматуру і хомути плити посередині ребер. Арматури плити служить для сприйняття місцевої дії тимчасового навантаження, а хомути ребер сприймають загальну її дію.

Рис. 7.24. Схема армування плитно-ребристого поперечного перетину ненапружуваною арматурою:

1 – верхня сітка плити проїзної частини; 2 – подовжня арматура і хомути поперечного ребра; 3 – арматурний каркас подовжньої балки; 4 – нижня сітка консолей проїзної частини

Рис. 7.25. Армування коробчатого поперечного перетину ненапружуваною арматурою

Армування коробчатого поперечного перетину складається з верхньої і нижньої сіток верхньої плити, двох сіток стінки і двох сіток нижньої плити. Крім того, у вузлах примикання стінки до поясів встановлені сітки протиусадкової арматури. Робочою арматурою є арматура стінки, а також нижня арматури верхньої плити між ребрами в зоні позитивних моментів і верхня арматури в консолі плити в зоні негативних моментів. Решта арматури є конструктивною.

Напружувані елементи допускається стикувати спеціальними вузлами, звані куплерами. Вітчизняний стикувальний пристрій УАСО-19 для стикування пучків з 19 канатів виконаний у вигляді єдиної круглої опорної плити (рис. 7.26), в середній частині якої є конусні отвори під тридольні клини для закріплення відповідних зліва пучків, а по зовнішньому контуру виточені подовжні прорізи, в які встановлюють відповідні справа пучки з обтисковими анкерами на кінцях. Кінцеві анкера мають аналогічну структуру.

Рис. 7.26. Конструкція вітчизняного куплера УАСО-19 для стикування пучків з 19 канатів