Лекція 5. Залізобетонні мости. Загальні відомості. Матеріали для залізобетонних мостів. Основні системи залізобетонних мостів. Конструкція проїзної частини

Загальні відомості про залізобетонні мости

6.1. Короткі відомості про розвиток залізобетонних мостів

Історія залізобетонних мостів починається з 1873 р., коли винахідник залізобетону француз Монье отримав патент на залізобетонний міст. Міст його системи (рис. 6.1) представляв пролітну будову у вигляді склепіння, защемленого в масивних опорах. Пролітна будова і опори мали єдиний каркас у вигляді сіток з декількох шарів з металевих стержнів. У 1875 р. по цій системі у Франції в приватному парку був побудований перший залізобетонний пішохідний міст завдовжки 16 м і шириною 4 м.

Перші залізобетонні мости мали арочну систему і за зовнішнім виглядом були схожі з кам'яними. Тільки товщина склепіння, якщо вона зберігалася в зовнішніх лініях, указувала на матеріал споруди.

У 1892 р. француз Геннебік запропонував систему армування, що складається з подовжніх стрижнів з поперечними хомутами. Вона забезпечила перехід до сучасних залізобетонних споруд. За його пропозицією з'явилися і ребристі мостові конструкції, що сприяло подальшому розвитку арочних і балочних систем залізобетонних мостів. За більш ніж сторічний період їх розвитку були створені мости різноманітних систем. Залізобетон виявився настільки зручним матеріалом, що з нього, окрім конструктивних форм, узятих з області кам'яних, дерев'яних і металевих мостів, були створені абсолютно оригінальні конструктивні форми, властиві тільки йому.

Конструктивні форми мостів змінювалися у міру збільшення прольотів, що перекривалися. При досягненні в арочних мостах прольоту 50 м в надсклепінчатій частині почали застосовувати поперечні отвори. В результаті цього склепіння відокремилося від надсклепінчатої частини, яка, у свою чергу, підрозділилася на вертикальні стінки і проїзну частину. З'явилася система, що складається із склепіння, стінок і плит. Стінки підтримували плиту проїзної частини, спираючись на склепіння по всій його ширині.

При подальшому збільшенні прольотів арочних мостів збільшувався проліт проїзної частини в надсклепінчатій конструкції. Виникла необхідність переходу від плоских до ребристих плит проїзної частини. Наявність ребер в плиті зосереджувала зусилля від проїзної частини в певні точки, звідки вони передавалися на склепіння за допомогою стійок, а не стінок.

Подальші зміни в загальній компоновці арочних мостів привели до створення раціональної системи, в якій зусилля від стійок (колон) почали сприйматися не склепінням, а окремими арками, кількість яких рівна кількості колон в поперечному ряду і кількості ребер в проїзній частині. При подальшому розвитку цієї системи кількість арок стала меншою від кількості подовжніх ребер в проїзній частині завдяки застосуванню поперечних балок, що підтримують подовжні балки разом з плитами проїзної частини.

У міру освоєння великих прольотів зменшувалася кількість несучих арок у складі пролітної будови до двох. Створилася можливість застосування мостів з їздою понизу. У подальших системах з їздою понизу почали застосовувати затяжки в рівні проїзної частини, що дозволило усунути дію розпору на опори.

Залізобетонні балочні мости з'явилися в кінці XIX в. спочатку з пролітними будовами у вигляді плоских плит прольотом до 6 м з арматурою Монье, а потім у вигляді ребристих плит або балок прольотом до 15 м з арматурою Геннебіка. Незабаром в мостах почали застосовувати нерозрізні залізобетонні балки, що дозволило перекривати прольоти до 40 м. Подальший розвиток залізобетонних мостів на початку XX в. пов'язаний із застосуванням консольних систем і решітчатих ферм. Значного поширення набули також мости рамної системи.

Рис. 6.1. Міст системи Монье

На початку XX ст. у СРСР залізобетонні конструкції взагалі і мости зокрема розвивалися під впливом зарубіжного досвіду і вітчизняної практики будівництва. Широке застосування залізобетонних мостів почалося після видання в Росії в 1908 р. перших технічних умов і норм проектування залізобетонних мостів різних систем. До початку Першої світової війни вже було побудовано велику кількість розрізних, нерозрізних і рамних мостів ребристої конструкції.

У 1920–1940-і роки в СРСР було побудовано значна кількість найбільших залізобетонних мостів через річки Дніпро, Волгу, Ангару, Неву, через канал імені Москви тощо. Окремі прольоти, що перекриваються, в них досягали 130 м. Широке застосування залізобетон отримав в малих і середніх мостах. Великі залізобетонні мости будували з монолітного бетону з використанням арочної системи.

У післявоєнний період на високому технічному рівні виконано капітальне відновлення і будівництво нових мостів. Спорудження в 1951 р. двоярусного моста під суміщений рух з рекордним донині арочним прольотом 228 м визначило можливість і широке застосування залізобетону в мостах.

З 1954 р. в наший країні почалася корінна зміна технології виробництва, що виявилася в переході на збірні конструкції і індустріальні методи робіт. До цього часу, в основному завдяки різностороннім роботам француза Фрейсине, намітилося широке використання попередньо напруженого залізобетону в мостах.

У 1950–1960-х роках із збірного залізобетону побудовані оригінальний по своїй системі міський міст метро через р. Москву і рекордний по довжині (2 800 м) міст через р. Волгу в Саратові.

У подальші десятиліття відбувалося подальше вдосконалення конструкцій і технології залізобетонних мостів. Прикладами вдалих інженерних рішень є автодорожні мости через р. Дніпро в Херсоні і Дніпропетровську, Південний перехід в Києві, в якому знайшли застосування найсучасніші вітчизняні досягнення в будівництві залізобетонних мостів.

В кінці XX в. намітилася тенденція до ширшого застосування монолітного бетону в залізобетонних мостах у всьому діапазоні прольотів завдяки розробці і освоєнню індустріальних методів їх будівництва.

6.2. Матеріали і вироби для залізобетонних мостів

Вимоги до бетону для залізобетонних мостів. Мости експлуатуються в складних умовах. Вони знаходяться під впливом важких рухомих навантажень; їх несучі конструкції не прийнято захищати від різноманітної атмосферної дії: коливань температури, вологості, шкідливих газів; їх опори знаходяться під активною дією льодоходу і змінного протягом року рівня води в річці. Складні умови роботи мостів, а також умови виробництва робіт при їх будівництві ставлять до матеріалів і виробів для мостів ряд вимог.

До бетону залізобетонних мостів висуваються наступні вимоги: висока міцність, водо- і газонепроникність, морозостійкість, хімічна стійкість, необхідні терміни тверднення, легкоукладуваність, помірна усадка і повзучість.

Показником міцності бетону є клас бетону по міцності на центральний стиск В – тимчасовий опір стиску, МПа, бетонних кубів з розмірами ребра 15 см, випробуваних у віці 28 діб після зберігання їх у вологому середовищі при температурі 20 ± 2 °С. Для конструкцій мостів і труб застосовують бетони наступних класів міцності на стиск: В20, В25, В30, В35, В40, В45, В50, В55 і В60. Залежно від вигляду і призначення конструкцій, способів їх армування і умов їх роботи застосовують в них бетон різних класів (відповідно до рекомендацій табл. 21 СНиП 2.05.03-84*).

У несучих, особливо попередньо напружених, конструкціях мостів рекомендується застосовувати бетон високих класів міцності. Для їх отримання використовуються наступні шляхи:

• застосування цементів високої активності (активність вживаного цементу зазвичай в 1,3...1,8 разу більш проектного класу бетону по міцності на стиск);

• раціональне збільшення норм витрати цементу (на 1 м³ бетону не менше 250 кг і не більше 450 кг цементу, великі витрати цементу збільшують деформації усадки і повзучості бетону, що приводить до утворення в ньому тріщин);

• зменшення водоцементного відношення;

• застосування міцних заповнювачів, промивка їх з метою видалення глинистих і мулистих частинок, погіршуючих зчеплення цементного каменя із заповнювачем;

• підбір оптимального гранулометричного складу піску і щебеню, при якому забезпечується можливо повніше заповнення ними об'єму бетону і зменшується вміст цементного каменя, що має меншу міцність, ніж міцність щебеню і піску.

Стійкість бетону проти зовнішніх дій, водо- і газонепроникність забезпечуються створенням його щільності, вимірюваної в кг/м³. Необхідна щільність бетону забезпечується його вібрацією. У конструкціях мостів і труб передбачається застосування важкого бетону з щільністю від 2200 до 2500 кг/м³. Застосування бетону з меншою щільністю допускається лише в експериментальних конструкціях.

Морозостійкість бетону характеризується маркою F – найбільшою кількістю циклів поперемінного заморожування і відтавання, які здатні витримати зразки 28-добового віку без зниження міцності більш ніж на 15 %. Марки бетону за морозостійкістю для мостів і труб залежно від кліматичних умов зони будівництва, розташування щодо води і виду конструкції приймають в межах від 100 до 400 за табл. 22 СНиП 2.05.03-84*. Кліматичні умови характеризуються середньомісячною температурою найбільш холодного місяця (помірні – при температурі нижче -10 °С, суворі – при температурі від -10 до - 20 °С, особливо суворі – при температурі нижче - 20 °С). Морозостійкість бетону підвищують введенням в нього повітровтягуючих добавок, які створюють дрібні пори, що забезпечують вільне розширення води при її замерзанні в тілі бетону.

Марка бетону за водонепроникністю W відповідає тиску води, МПа, при якому ще не спостерігається її просочування через зразок бетону заввишки 15 см у віці 28 діб, випробуваного за спеціальному режиму. Ця марка повинна бути не нижче W4 в підводних і підземних частинах і не нижче W6 у водопропускних трубах, елементах дорожнього одягу проїзної частини і перехідних плитах.

Хімічна стійкість бетону багато в чому залежить від його щільності і виду вживаного цементу. У залізобетонних мостах застосовують бетон на портландцементі, сульфатостійкому портландцементі і глиноземистому цементі. Портландцемент використовують для найбільш відповідальних споруд. Сульфатостійкий портландцемент і глиноземистий цемент використовують в конструкціях, які можуть піддаватися дії морської, мінералізованої і болотяної води або іншим агресивним хімічним діям, що шкідливо діють на портландцемент.

Терміни і інтенсивність тверднення бетону і придбання ним необхідної міцності важливі для прискорення виробництва робіт. Цементи із звичайною тонкістю помелу забезпечують у віці 3 діб близько 50 % міцності, тонкомолоті швидкотвердіючі цементи дозволяють отримати у віці 1 доби 40...50 % проектної міцності, проте при їх використанні збільшується усадка бетону і знижується його морозостійкість. Прискорення тверднення і набору міцності цементу краще забезпечувати рівномірним пропарюванням бетону в камерах з подальшим поступовим його охолоджуванням.

Рухливість бетонної суміші дуже важлива для отримання щільного бетону. Вона збільшується із збільшенням В/Ц, але це знижує міцність бетону. Для мостів застосовують бетонні суміші з водоцементним відношенням не більше 0,6. При ущільненні бетонної суміші тривалою вібрацією можуть застосовуватися жорсткі суміші з В/Ц = 0,3. Збільшення рухливості бетонної суміші при укладанні досягається також введенням в неї різних пластифікаторів. Є пластифікатори, які перетворюють бетон з низьким водоцементним відношенням у достатньо рухому суміш.

Усадка бетону – зменшення його об'єму в процесі його тверднення і подальшого висихання. Нерівномірна усадка бетону приводить до появи в ньому тріщин і додаткових зусиль в статично невизначних залізобетонних конструкціях. Зменшення усадкових деформацій досягають скороченням вмісту цементу і води в бетоні, а також постановкою протиусадочної арматури.

Повзучість бетону – збільшення його деформацій в часі при постійному навантаженні. Вона приводить до зменшення зусиль в напруженій арматурі і перерозподілу внутрішніх зусиль в статично невизначних конструкціях.

Разом із звичайним важким бетоном в експериментальних конструкціях допускається застосовувати легкий бетон із заповнювачем з керамзиту або інших матеріалів. Середня щільність таких бетонів складає близько 1800 кг/м³. Перспективний також бетон з полімерними добавками, що дозволяють значно підвищити водонепроникність і опір розтягу бетону. Представляє інтерес також фібробетон, міцність на розтяг якого в два-три рази вища, ніж звичайного бетону.

Арматура для залізобетонних мостів. Марки сталі для арматури залізобетонних мостів і труб, що установлюється з розрахунку, в залежності від умов роботи елементів конструкцій необхідно приймати відповідно до табл. 3.12 та 3.13 [1], з урахуванням 3.91 та 3.133, при цьому знак “плюс” означає можливість застосування зазначеної марки сталі в даних умовах.

У випадку застосування розтягнутої робочої арматури різних класів у розрахунках на міцність належить:

для ненапружуваної арматури – приймати розрахунковий опір, відповідний до арматурної сталі найменшої міцності;

для напружуваної арматури – враховувати тільки арматуру однієї марки.

Арматурну сталь класу А-ІІ марки Вст5пс2 припускається застосовувати в прогонових будовах (крім хомутів) і в опорах мостів, якщо діаметри її стержнів, мм, не більше:

20 – для елементів з арматурою, що не розраховується на витривалість;

16 – для елементів, що розраховуються на витривалість.

Зазначену арматурну сталь при діаметрах 22 мм і більше необхідно застосовувати тільки у фундаментах і частинах опор, розташованих нижче половини глибини промерзання ґрунту.

Зварні з'єднання стержневої термічно зміцненої арматурної сталі, високоміцного арматурного дроту, арматурних канатів класу К-7 і сталевих канатів із спіральним, подвійної звивки не припускаються.

До стержневої напружуваної арматури, що знаходиться в межах тіла бетону конструкції, заборонено приварювання будь-яких деталей або арматури.

У зв'язку з введенням в дію Державного стандарту України ДСТУ 3760, окрім арматури, що передбачено табл. 3.12, слід використовувати арматуру відповідно до табл. 3.13, область застосування якої передбачено “Рекомендациями по применению арматурного проката по ДСТУ 3760-98” (Держбуд України, К., 2002), і обмежено конструкціями, що не сприймають багаторазові повторні навантаження.

Застосування як робочої розраховуваної арматури нових, у тому числі імпортних арматурних сталей припускається у встановленому порядку.

Для монтажних (піднімальних) петель необхідно передбачити застосування арматурної сталі класу A-I марки Ст3пс або Ст 3с.

Припускається застосування арматурної сталі класів A-I і А-ІІ марок, зазначених у табл. 3.12, а також А 240С згідно з табл. 3.13.

Розрахункові характеристики бетону і арматури. Кубова міцність бетону є умовною характеристикою його міцності. Дійсна міцність бетону в конструкції більш повно оцінюється міцністю на стиск бетонних зразків у вигляді призм, висота яких перевищує поперечний розмір в 3,5 разу і більш. Призматична міцність бетону складає 70...75 % його кубової міцності. Міцність бетону на розтяг зазвичай в 10...15 раз менше його кубової міцності. Межа міцності бетону на зріз приблизно в 2,5 разу більше межі його міцності на розтяг.

Розрахункові опори бетону на центральний стиск і розтяг для розрахунку мостових конструкцій за першій групі граничних станів визначають діленням відповідного нормативного опору на коефіцієнти надійності за бетону і на коефіцієнт надійності конструкції.

Коефіцієнт надійності конструкції, що враховує ступінь відповідальності мостових конструкцій, приймають для бетону

γ_n = 1,1.

Розрахункові опори бетону для розрахунку за другій групі граничних станів встановлюють при коефіцієнті надійності за бетоном γ_b = 1.

Розрахункові опори арматури розтягу для розрахунку за першою групою граничних станів визначають діленням їх нормативних опорів на відповідні коефіцієнти надійності за арматурою і на коефіцієнти надійності конструкції. Їх приймають різними для автодорожніх і залізничних мостів. Цим враховують ступінь відповідальності цих споруд.

Значення розрахункових опорів арматури розтягу приведені в ДБН В.2.3-14:2006.

Розрахункові опори ненапружуваної арматури стиску, використовувані в розрахунку за першою групою граничних станів, за наявності зчеплення арматури з бетоном приймають рівними відповідним розрахунковим опорам арматури розтягу. Найбільше стискуюче напруження в напружуваній арматурі, що розташованій в стиснутій зоні перетину елементу і має зчеплення з бетоном, слід приймати з умови граничного стиску бетону не більше 500 МПа.

Для розрахунку залізобетонних конструкцій мостів і труб важливі також пружні характеристики бетону і арматури – модулі пружності і коефіцієнти Пуассона. Бетон є пружно-пластичним матеріалом.

Його повні деформації від напруги включають пружні, в'язко-пружні і пластичні деформації, які залежать від рівня напруги. У зв'язку з цим модуль пружності залежить від рівня напруги і часу дії навантаження. Крім того, модуль пружності залежить від класу міцності бетону, зростаючи з його підвищенням; він також залежить від віку бетону, виду його напруженого стану. Він зменшується при температурно-вологісній обробці бетону, при роботі бетону в умовах поперемінного заморожування і відтавання, дії сонячної радіації.

При проектуванні залізобетонних конструкцій мостів і труб важко врахувати реальні значення модуля пружності бетону, тому для розрахунку застосовують середні, умовні значення модуля пружності E_b на стиск за ДБН В.2.3-14:2006.

Для бетону, що піддається тепловологісній обробці, а також для бетону, що працює в умовах поперемінного заморожування і відтавання, ці значення модуля пружності зменшуються на 10 %, а для бетону конструкцій, не захищених від сонячної радіації, – на 15 %.

Модуль зсуву бетону G_b приймають рівним 0,4 E_b, а коефіцієнт Пуассона μ = 0,2.

Модулі пружності арматури приймають за табл. 3.17 ДБН В.2.3-14:2006. У міру зростання міцності сталі, модуль пружності її зменшується з 206 000 до 196 000 МПа. Модуль пружності пучків з паралельних дротин приймають 177 000 МПа, а пучків з арматурних канатів К-7, канатів спіральних і подвійного звивання – 167 000 МПа.

Матеріали для гідроізоляції бетону мостів. Гідроізоляція запобігає проникненню атмосферної вологи або грунтових вод до бетону пролітних будов або опор і оберігає бетон від руйнування, а арматуру від корозії.

Гідроізоляційні матеріали, вживані в мостобудуванні, підрозділяються на обмазувальні і обклеювальні. Для обмазувальної гідроізоляції застосовують холодні фарби і гарячі обмазки. Для холодних забарвлень використовують бітуми мазкий III і IV, розріджені лігроїном або гасом, а також дьогтеві лаки. Холодне забарвлення є першим шаром грунтовки, по якому наносять гарячу обмазку шаром товщиною 2...3 мм. Матеріалом для гарячих обмазок служать спеціальні мастики – суміші бітуму з дрібним азбестовим волокном.

Для обклеювальної гідроізоляції застосовують традиційні рулонні матеріали на основі бітуму і нові матеріали на основі синтетичної гуми (бутилкаучука).

Простим рулонним матеріалом на основі бітуму є руберойд. Він має невисокі ізоляційні якості і недовговічний, оскільки складається з паперової зміцнюючої основи. Значно кращими властивостями володіє гідроізол. Його гідроізоляційною основою також є бітум, але він зміцнений азбестовим або азбесто-целюлозним картоном. Завдяки хорошим гідроізоляційним якостям і довговічності він знайшов широке застосування в мостобудуванні. Застосовується також гідросклоізол, який має армуючу основу з склотканини. Її стійкість в лужному середовищі викликає сумніви. Кращі гідроізоляційні властивості і технологічні переваги має фольгоізол, що випускається на основі рифленої або гладкої алюмінієвої фольги товщиною до 0,3 мм. Як покривний шар для фольгоізолу застосовують бітумно-гумову мастику. За гідроізоляційних властивостях він кращий за інші матеріали, але значно дорожче. Фольгоізол застосовують тільки в найбільш відповідальних спорудах: великих мостах і тунелях.

Основний спосіб ведення робіт з бітумними гідроізоляційними рулонними матеріалами – безмастичне приклеювання з обов'язковою попередньою грунтовкою бетону. Для оплавлення бітумного покривного шару застосовують нагрівальні пальники на всю ширину матеріалу, що укладається.

Температурні обмеження у використанні бітумних гідроізоляційних матеріалів викликали необхідність розробки нових гідроізоляційних матеріалів. Для ізоляції автодорожніх мостів розроблений бутізол – еластичний морозостійкий (до температури -70 °С) губоподібний матеріал на основі бутил-каучука. Гумоподібні рулонні матеріали приклеюють до ізольованого матеріалу холодними мастиками або клеями.

Перспективні як ізолюючі шари синтетичні матеріали у вигляді листів з полівінілхлориду, поліпропілену і поліетилену. Пройшли досвідчену перевірку і знаходять ширше застосування нові вітчизняні технологічні рулонні матеріали: ізопласт, мостопласт і дальмостопласт.

Клеї для склеювання елементів конструкцій. Клей як конструктивний матеріал для склеювання бетонних конструкцій економічно доцільно застосовувати тільки в тому випадку, якщо він має міцність склеювання не нижчу за міцність бетону склеюваних елементів, а модуль пружності в затвердженому стані і коефіцієнт розширення близькі за значенням до характеристик склеюваного бетону. Клейові з'єднання повинні бути довговічні, стійкі до дії середовища в процесі експлуатації. Цим вимогам відповідають клеї на основі епоксидних смол. У них окрім смоли входять отверджувач, пластифікатор, наповнювач і модифікуючі добавки. Основним компонентом клеїв у вітчизняному мостобудуванні служили епоксидні смоли марок ЕД-5, ЕД-6 і ЕД-40. З 1973 р. налагоджений випуск нових епоксидних смол мазкий ЕД-22, ЕД-20, ЕД-16 і ЕД-14, що мають деякі технологічні переваги.

Полімеризація (затвердіння) смоли відбувається під впливом отверджувача. Залежно від виду отверджувача епоксидні смоли можуть бути отверджені при нормальній температурі або при нагріванні. У мостобудуванні застосовують отверджувачі холодного процесу полімеризації: гексаметилендіамін, поліетиленполіамін і триетанолдіамін.

Технологічні властивості клею регулюють зміною кількості і виду отверджувача, пластифікатора і наповнювача. Кількість отверджувача зазвичай складає 10...25% маси епоксидної смоли. Як пластифікатори при склеюванні використовують дибутилфталат, поліефіркрилат. Зазвичай їх вводять в межах 5...30 % до маси епоксидної смоли. При надлишку пластифікатора знижується міцність і збільшується деформативність клейового шва.

Наповнювач не впливає на процес полімеризації смол і технологічну життєздатність клею і використовується в основному для зміни коефіцієнта температурного розширення клею і зменшення витрати епоксидної смоли. Як наповнювачі в мостобудуванні використовують портландцемент, мелений кварцевий пісок, андезитову або діабазову муку.

Необхідна умова високоякісного клейового шва – хороша підготовка стикованих поверхонь до склеювання. Поверхня бетону повинна бути чистою, сухою, міцною. Очищення поверхонь необхідно проводити піскоструминними апаратами або механічними щітками.

Життєдіяльність клеїв на епоксидній смолі при температурі від 20 до 25 °С близько 2...2,5 год. При нижчій температурі життєдіяльність клею збільшується.

Є клеї, призначені для склеювання бетонних стиків при низьких позитивних і негативних температурах з використанням обігріву. Розроблені також клеї, які використовують для поліпшення зчеплення свіжоукладеного бетону з раніше укладеним затверділим бетоном.

6.3. Основні системи залізобетонних мостів і області їх застосування

У сучасному мостобудуванні залізобетонні мости отримали широке застосування при малих, середніх і навіть великих прольотах. У них застосовуються різноманітні конструктивні рішення і статичні схеми: балочні, рамні, арочні і комбіновані.

Найбільшого поширення набули балочнімости з використанням розрізних, нерозрізних і консольних систем. Балочні розрізні мости (рис. 6.2, а) використовують для перекриття прольотів до 42 м. Нерозрізні балочні мости (рис. 6.2, б) застосовують при прольотах від 33 до 147 м. Нерозрізна система характеризується більшою жорсткістю і меншою деформативністю пролітної будови від тимчасових навантажень. Проте застосування нерозрізної системи можливе за відсутності осідання опор. Осідання опор в балочних нерозрізних пролітних будовах може викликати появу значних додаткових зусиль і служити причиною руйнування моста. В даний час будівельники забезпечують виключення осідання опор, що відкрило широкі можливості для застосування нерозрізних пролітних будов за різних грунтових умов.

Рис. 6.2. Види балочних (а – в) і рамних (г, д) мостів

У консольних системах (рис. 6.2, в) підвісні пролітні будови прольотом l₁ спираються на консолі з вильотом l₂ основних пролітних будов. За розподілом зусиль консольні системи близькі до нерозрізних, проте мають меншу жорсткість і під навантаженням дають переломи пружної лінії в місцях з'єднання підвісних пролітних будов з консолями. Унаслідок статичної визначності консольної системи осідання опор не викликають в пролітних будовах додаткових зусиль. Проте мости з використанням консольних систем в даний час не застосовують у зв'язку з складністю вузлів з'єднання підвісних і основних пролітних будов.

Опори нерозрізних і консольних мостів унаслідок розміщення на них по одній опорній частині і центрального їх завантаження мають меншу ширину, ніж опори розрізних мостів.

Прості рамні системи мостів (рис. 6.2, г) застосовують при прольотах 30...60 м. Зважаючи на спільну роботу пролітних будов з опорами згинальні моменти в пролітних будовах зменшуються. Це дозволяє зменшити будівельну висоту пролітних будов. Досить широкого поширення набувають рамні мости з похилими стійками (рис. 6.2, д). Ширшого поширення набули мости з Т-подібних рам: рамно-балочні і рамно-консольні. Рамно-балочні системи (рис. 6.3, а) мостів виходять при шарнірному з'єднанні рамних і підвісних пролітних будов. Прольоти l таких систем можуть бути в межах від 40 до 150 м. У ригелях Т-подібних рам виникають тільки негативні згинальні моменти, а в підвісних розрізних пролітних будовах – тільки позитивні. Опори цих рам від дії вертикальних навантажень передають на основу вертикальну силу і згинальний момент.

У рамно-консольних системах (рис. 6.3, б) Т-подібні рами шарнірно зв'язані між собою. Такі системи застосовують для прольотів 60...200 м. Опори мостів цієї системи передають на основу ще і горизонтальну силу. Консолі рам можуть бути замонолічені, в цьому випадку виходить багатопрольотна рамна система з прольотами до 250 м.

Розглянуті рамні системи можливо зводити навісним бетонуванням або навісним монтажем.

Побудовані також мости особливої рамно-консольної системи (рис. 6.3, в), Т-подібні рами яких складаються з двох піварок, зв'язаних затяжкою в рівні проїзної частини. Т-подібні рами шарнірно зв'язані між собою в середині прольоту. У мостах такої системи отримані прольоти до 120 м.

При міцних грунтах в основі опор можливе застосування мостів арочних систем (рис. 6.4, а). Арками залізобетонних мостів перекривалися прольоти від 50 до 390 м. Опори цих мостів сприймають значні горизонтальні складові реакцій, що вимагає розвитку фундаментів. Самі арки працюють переважно на стиск, міцність залізобетону в них використовується досить ефективно.

Рис. 6.3. Рамно-балочна (а) і рамно-консольна (б, в) системи мостів

Рис. 6.4. Мости арочної (а) і вантової (б) систем

У останні десятиліття в залізобетонних мостах знаходять застосування вантові системи (рис. 6.4, б). Вони мають нерозрізні залізобетонні балки жорсткості, підтримувані похилими вантами, закріпленими на вершинах вертикальних пілонів. Ванти працюють тільки на розтяг, вони створюють пружні опори для балки жорсткості, що полегшує її роботу. Пілони працюють в основному на стиск. Прольоти мостів такої системи із залізобетонними балками жорсткості в даний час перевищили 400 м.

У останні десять років в світовому мостобудуванні набувають поширення екстрадозні залізобетонні пролітні будови (рис. 6.5, б), які займають проміжне положення між традиційними залізобетонними попередньо напруженими пролітними будовами (рис. 6.5, а), що зводяться методом урівноваженого бетонування (або монтажу) і вантовими пролітними будовами (рис. 6.5, в). Їх основною особливістю є зовнішнє розташування напружуваної арматури і мале відношення висоти пілона до довжини прольоту (не більше 0,1), що дозволяє ефективніше, ніж у вантових пролітних будовах, використовувати міцність матеріалу напружуваних елементів, оскільки вони використовуються тільки для обтискання пролітної будови.

Сучасні залізобетонні мости споруджують як монолітними, так і збірними. Монолітні мости будують різними способами з використанням інвентарної металевої опалубки. Збірні мости вмонтовують з елементів, виготовлених на заводі або полігоні. Монолітні мости надійніші, але темпи їх будівництва нижчі, ніж збірних. Застосування збірних мостів дозволяє збільшити темпи будівництва, зменшити трудомісткість робіт на об'єкті. Крім того, збірні пролітні будови можливо зводити як в літній, так і в зимовий час, що є істотною перевагою.

Рис. 6.5. Екстрадозна (б) пролітна будова порівняно з балочною (а) і вантовою (в)

6.4. Конструкція проїзної частини залізобетонних мостів

Під проїзною частиною пролітних будов, в широкому сенсі цього поняття, мають на увазі сукупність конструктивних елементів, що сприймають дію рухомих навантажень і передають їх на несучу частину пролітної будови. До складу проїзної частини входять її несучі елементи і мостове полотно.

Мостове полотно розташоване над елементами проїзної частини, що несуть, і призначене для забезпечення безпеки руху транспортних засобів і пішоходів, а також для відведення води. Мостове полотно залізобетонних мостів (як і інших) включає наступні конструктивні (див. рис. 6.6) елементи: одяг їздового полотна, одяг тротуарів, що захищають пристрої, щогли освітлення, пристрій для водовідведення, деформаційні шви і з’єдна ння моста з підходами.

Рис. 6.6. Одяг їздового полотна:

1 – асфальтобетон; 2 – захисний шар; 3 – гідроізоляція; 4 – вирівнюючий шар; 5 – плита проїзної частини

Мостове полотно залізобетонних мостів розташоване на плиті проїзної частини, яка є несучим елементом проїзної частини і разом з тим входить до складу основних несучих конструкцій пролітної будови, утворюючи разом з ними просторову систему.

Одяг їздового полотна повинен виконувати наступні основні функції:

• захищати конструкції, що пролягають нижче, від механічної дії, виступаючи при цьому як шар зносу;

• захищати конструкції, що пролягають нижче, від дії атмосферної вологи, тобто служити гідроізоляцією;

• забезпечувати комфортність руху своєю гладкою поверхнею.

Одяг їздового полотна (рис. 6.6) розташовується на залізобетонній плиті проїзної частини і складається з вирівнюючого шару, гідроізоляції, захисного шару ізоляції і покриття.

Вирівнюючий шар під гідроізоляцію влаштовують з бетону або цементо-піщаного розчину товщиною не менше 30 мм. По вирівнюючому шару влаштовують обклеювальну гідроізоляцію. Від стану гідроізоляції проїзної частини багато в чому залежить довговічність всієї споруди, тому її виконують з рулонних матеріалів підвищеної якості. Над нею влаштовують захисний шар з цементо-піщаного розчину або дрібнозернистого бетону товщиною не менше 40 мм. Цей шар призначається для захисту гідроізоляції від можливих пошкоджень її при влаштуванні і ремонті покриття. Захисний шар зазвичай армують сталевою сіткою з дроту діаметром 2,5 мм з кроком 45 мм і шириною 1500 мм. Сітки укладають з перекриттям їх на 200…300 мм.

Покриття одягу їздового полотна виконують двошаровим з асфальтобетону або з цементобетону загальною товщиною відповідно 70 і 80 мм. Між шарами в цементобетонне покриття укладають зварну сітку з подовжньою арматурою діаметром 4 мм і поперечною діаметром 6 мм з відстанню між стрижнями 250 і 100 мм відповідно. Ширина сіток 1500 мм, їх укладають з перекриттям на 200…300 мм.

Конструкція огорож і тротуарів. Тротуар пролітної будови – частина мостового полотна, призначена для безпечного руху пішоходів. Тротуари влаштовують на кожній стороні моста і захищають їх із зовнішніх сторін поручнями заввишки не менше 1,1 м. Ширину тротуарів призначають за розрахунком залежно від розрахункової інтенсивності руху пішоходів під час «пік», при цьому середню розрахункову пропускну спроможність 1 м ширини тротуару за 1 год слід приймати 2000 люд.

Огорожа – конструктивний елемент мостового полотна, що влаштовується на межах їздового полотна, призначений для запобігання з'їзду транспортних засобів за його межі і виправлення траєкторії руху транспортного засобу при наїзді на нього. Вона може бути бетонною, залізобетонною або металевою. За конструкції розрізняють бар'єрну огорожу із стійок і профільної сталевої стрічки або труб, укріплених на стійках на деякому рівні над верхом покриття, і парапетна огорожа у вигляді залізобетонної стінки різної конфігурації.

Висоту огорож на мостах і шляхопроводах в містах і на автомобільних дорогах І...ІІІ категорій приймають не менше 0,75 м для бар'єрних і 0,6 м для парапетних огорож.

Конструкція огорож ув'язується з конструкцією тротуарів. У чинних типових проектах передбачено три варіанти їх сумісних рішень. У першому варіанті (рис. 6.7, а) тротуари і бар'єрні огорожі виконуються з накладних залізобетонних блоків, в яких об'єднані функції тротуарів і бар'єрних огорож. Блоки кріпляться до плити проїзної частини шляхом зварки закладних деталей, передбачених в блоках і плиті. Одяг для таких тротуарів передбачається з цементобетону товщиною шару не менше 40 мм. При гладкій поверхні тротуарних блоків на мостах, розташованих зовні міст, селищ, населених пунктів, допускається застосовувати блоки без покриття.

У другому варіанті (рис. 6.7, б) тротуари виконують з накладних залізобетонних блоків, до яких кріплять металеву бар'єрну огорожу. Одяг тротуарів такий же, як в попередньому варіанті.

У третьому варіанті (рис. 6.7, в) тротуар влаштовують безпосередньо по залізобетонній консольній плиті, металеву бар'єрну огорожу кріплять також безпосередньо до плити. Одяг тротуарів, що влаштовуються по залізобетонній плиті без застосування збірних тротуарних блоків, аналогічний одягу їздового полотна з цементобетонним покриттям, проте товщина покриття складає 60 мм.

Рис. 6.7. Варіанти (а – в) сумісних сучасних вирішень тротуарів і огорож

Огорожі на розділовій смузі передбачаються в наступних випадках: якщо вони є на підходах до моста, на розділовій смузі розташовані опори контактної мережі або освітлення, конструкція розділової смуги не розрахована на виїзд на неї транспортних засобів. Огорожі на розділовій смузі виконують такої ж конструкції, що і тротуарів (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Блоки огорож на розділовій смузі

Конструкції огорож повинні перешкоджати падінню транспортних засобів з моста, створювати умови для безпечного руху пішоходів по тротуарах, захищати несучі конструкції моста від пошкоджень і дозволяти швидку заміну або виправлення пошкоджених елементів огорожі.

Різновидом огорож на тротуарах є поручні. Вони забезпечують безпеку пішоходів і служать архітектурним оформленням споруди. У залізобетонних мостах поручні виконують із залізобетону, чавунного литва або із сталевого прокату, з’єдна ного зваркою в гратчасті блоки. На рис. 6.9 приведена конструкція блоку металевої огорожі поручня, що рекомендується чинними типовими проектами. Верхній елемент блоку виконаний з труби Ø76 х 4 мм, нижній – з кутника 100×63×8, з'єднання на зварці цих елементів виконується за допомогою круглих стрижнів діаметром 26 мм з кроком 150 мм. Прикріплення блоків поручнів до тротуарів здійснюється за допомогою приварювання їх до заставних планок. Поверхні поручнів і металевих огорож повинні захищатися від корозії олійною фарбою або органосилікатними матеріалами.

Рис. 6.9. Блок металевої огорожі поручня:

1 – верхній елемент з труби; 2 – заповнення з круглої сталі; 3 – нижній елемент з кутника

Водовідведення. Елементи залізобетонних конструкцій, що знаходяться під впливом атмосферних опадів, порівняно швидко приходять в непридатність: бетон руйнується, арматура кородує. Для оберігання залізобетонних конструкцій мостів крім гідроізоляції влаштовують водовідведення з поверхні їздового полотна і тротуарів.

Для забезпечення швидкого відведення води поверхням їздового полотна і тротуарам додають подовжні (не менше 5 ‰) і поперечні (не менше 20 ‰) ухили. При подовжньому ухилі понад 10 ‰ нормами проектування допускається зменшення поперечного ухилу за умови, що геометрична сума ухилів буде не менше 20 ‰.

Залежно від об'єму атмосферних вод і умов відведення застосовують різні способи водовідведення. Якщо під мостовою спорудою не знаходяться ніякі конструкції, то застосовується неврегульоване відведення води через тротуари. Він забезпечується однаковим поперечним ухилом їздового полотна і тротуарів (рис. 6.10, а). Для запобігання зволоженню крайніх елементів пролітної будови в цьому випадку в консольних плитах тротуарів влаштовують слізники 1. При неможливості довільного скидання води з моста застосовується впорядковане відведення води в певних місцях через трубки водовідведень (рис. 6.10, б). Верх трубок водовідведень розташовується нижче за поверхню, з якою відводиться вода, не менше ніж на 1 см. За допомогою трубок відводиться також вода, що стікає по шару гідроізоляції в одязі їздового полотна і тротуарів. Для цього гідроізоляція заводиться у внутрішню поверхню трубки водовідведення і притискається приймальною воронкою. Трубки водовідведень повинні мати внутрішній діаметр не менше 150 мм. Відстані між трубками на їздовому полотні автодорожніх і міських мостів уздовж прольоту встановлюють залежно від подовжнього ухилу їздового полотна. Вони повинні складати не більше 6 м при подовжньому ухилі 5 ‰ і 12 м при ухилах від 5 до 10 ‰. Кількість трубок на одному прольоті повинна бути не менше трьох.

Рис. 6.10. Схема водовідведення:

а – через тротуари; б – через трубки; 1 – слізник; 2 – пориста гума; 3 – мастика; 4 – трубка водовідведення; 5 – одяг проїзної частини

При необхідності відведення води за межі мостової споруди використовуються лотки, що влаштовуються уздовж бордюру або бар'єрної огорожі. В цьому випадку необхідно забезпечити залізобетонними лотками захист узбіч і укосів насипу підходів від зосереджених водних потоків.

Деформаційні шви і з’єдна ння моста з насипом. Для забезпечення свободи переміщень суміжних торців пролітних будов при дії тимчасових навантажень і коливань температури проїзну частину розділяють поперечними швами, які називають деформаційними. Деформаційні шви розташовують над проміжними опорами між торцями сусідніх пролітних будов і в місцях примикання пролітних будов до шафових стінок засад.

Конструкції деформаційних швів повинні бути водо- і грязенепроникними, працездатними в заданому діапазоні температур.

Конструкція деформаційного шва впливає на зовнішній вигляд покриття проїзної частини, комфортабельність і безпека руху по мосту, на термін служби шва. На вигляд і характеру роботи їх підрозділяють на закритих, заповнених і перекритих.

У закритих деформаційних швах горизонтальні переміщення торців пролітних будов забезпечуються деформаціями заповнювача в зазорі між торцями суміжних пролітних будов. У цих швах (рис. 6.11) зазор між торцями пролітних будов закритий звичайним покриттям 1, укладеним над зоною стику без розриву. Основу конструкції цього типу складає петлеподібний компенсатор 7, закріплений у вирівнюючому шарі, пористий заповнювач 10 петлі, мастика 9 в рівні захисного шару 3 і гідроізоляція 4. Опір покриття утворенню тріщин підвищують армуванням його сіткою 2 і частковим відділенням покриття від захисного шару спеціальними прокладками 5. Прокладки істотно зменшують відносні деформації в покритті у зв'язку з розподілом повної деформації на великій довжині.

Рис. 6.11. Конструкція деформаційного шва закритого типу з армованим асфальтобетонним покриттям:

1 – покриття; 2 – армуюча сітка; 3 – захисний шар; 4 - гідроізоляція; 5 – відокремлююча прокладка; 6 – перекриття зазору; 7 – компенсатор; 8 – анкерний стрижень; 9 – мастика; 10 – пористий заповнювач

Максимальна амплітуда переміщень, що допускаються, в швах закритого типу у разі застосування неармованого асфальтобетону складає 10 мм, у разі армованого – 15 мм при температурі нижче -15 °С і 10 мм при температурі вище 25 °С.

До швів заповненого типу відносять конструкції із заповненням мастикою (рис. 6.12) або з гумовими вкладишами-компенсаторами (рис. 6.13). У заповнених деформаційних швах покриття влаштовують із зазором, який згодом заповнюють пружним матеріалом (див. рис. 6.13), деформації якого забезпечують переміщення торців пролітних будов.

Надійність роботи цих швів залежить від матеріалу заповнення і міцності кромок. При збільшенні зазору створюються умови для руйнування кромок цементобетонних покриттів. У зв'язку з цим кромки необхідно підсилювати (рис. 6.12, в) сталевими оздобленнями з надійним їх анкеруванням. Переміщення, що допускаються на шви із заповненням мастиками, складають при асфальтобетонному покритті 12 мм, при цементобетонному – 18 мм, при цементобетонному з оздобленням – 22 мм.

Деформаційні шви з гумовими компенсаторами 1 (рис. 6.13, а) застосовували при переміщеннях до 30 мм в мостах і шляхопроводах I – V категорій і в містах. На дорогах I категорії і в містах допускався пристрій модульних швів з двома рядами компенсаторів, що забезпечують переміщення до 100 мм (рис. 6.13, б). В даний час деформаційні шви з гумовими компенсаторами перестали застосовувати у зв'язку з тією, що виявилася їх невисокою довговічністю. Знаходять застосування досконаліші конструкції заповнених швів, що розробляються німецькою фірмою Maurer.

Рис. 6.12. Деформаційні шви із заповненням мастикою:

а – при асфальтобетонному покритті; б – при цементобетонному покритті або з улаштуванням бетонного приливу; в – варіанти посилення кромки шва

Рис. 6.13. Конструкції деформаційних швів з гумовими компенсаторами:

а – з одним компенсатором К-8; б – з двома компенсаторами К-8; 1 – гумовий компенсатор

У перекритих швах горизонтальні переміщення торців пролітних будов забезпечуються зміною положення елементу, що перекриває зазор, відносно осі шва. Деформаційні шви перекритого типу застосовують при переміщеннях до 400 мм. Були розроблені наступні їх різновиди: з плоским ковзаючим листом, з скошеним ковзаючим листом, скошеним «плаваючим» ковзаючим листом, з консольною гребінчастою плитою і з ковзаючою гребінчастою плитою. Останніми роками ці деформаційні шви перестали використовувати у зв'язку з розширенням використання універсальних деформаційних швів фірми Maurer.

Деформаційні шви є дорогими і складними елементами мостового полотна. У зв'язку з цим намітилася тенденція до скорочення їх кількості шляхом застосування нерозрізних і температурно-нерозрізних пролітних будов, що забезпечують кращу плавність руху транспортних засобів. У нерозрізних мостах потрібна мінімальна кількість деформаційних швів. Їх встановлюють тільки між торцями пролітних будов і шафовими стінками засад. Ці шви забезпечують плавність в'їзду і з'їзду на міст і сприяють з’єдна нню моста з насипом підходів.

Рис. 6.14. З’єдна ння моста з підходами за допомогою перехідної плити

Однією з найбільш важливих вимог до з’єдна ння моста з насипом є забезпечення плавності переходу від насипу до моста. Цьому сприяє пристрій однакового покриття на мосту і підходах. Крім того, необхідно забезпечити плавність переходу від різних пружних деформацій насипу і пролітної будови як за величиною деформацій, так і за швидкістю їх протікання. Це досягається шляхом створення в місцях з’єдна ння моста з насипом спеціальних перехідних ділянок у вигляді перехідних плит, відмосток і подушок з щебеневих і піщано-гравійних матеріалів (рис. 6.14).

Перехідні плити одним кінцем спираються на виступ шафової стінки, а іншим – на залізобетонний лежень. Плити укладають з ухилом 1:10 у бік насипу і закріплюють штирями. Під плитою влаштовують подушку з дренуючого матеріалу.

Дата добавления: 2013-12-14