МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДЛИТЕЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ

Балашиха Московской области - 1970

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

Увеличение интенсивности и скоростей движения на современных автомобильных дорогах требует обеспечения удобства и безопасности движения как на самих дорогах, так и на искусственных сооружениях. Для того чтобы длительные вертикальные деформации не ухудшали условий движения автомобилей по мостам надо уметь определять эти деформации и при необходимости учитывать при проектировании пролетных строений. В «Предложениях по определению длительных деформаций железобетонных пролетных строений мостов» в простой для практических расчетов форме дана методика определения длительных, вертикальных и угловых деформаций железобетонных, предварительно напряженных пролетных строений и пролетных строений с ненапрягаемой арматурой. "Предложения" составлены сотрудниками отдела искусственных сооружений Союздорнии А.П. Пономаревым, Н.Л. Кучерявым, Б.П. Беловым под руководством канд. техн. наук И.Н. Серегина.

Все замечания по "Предложениям" просьба направлять по адресу: Московская обл., Балашиха-8, Союздорнии.

Зам. директора Союздорнии кандидат технических наук Ю.Л. МОТЫЛЕВ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Вертикальные деформации железобетонных пролетных строений, вызванные длительными, деформациями бетона, существенны, и их следует учитывать при проектировании и строительстве железобетонных мостов.

2. Величина и характер длительных вертикальных деформаций пролетных строений зависят от многих факторов, основными из которых являются: система пролетного строения и относительная жесткость балок, вид арматуры (напрягаемая, ненапрягаемая), характер эпюры напряжений в бетоне от постоянной нагрузки в различных сечениях по длине пролета, величина неупругих деформаций бетона, сроки возведения пролетных строений (в основном интервал между монтажом главных балок и устройством проезжей части).

3. Длительные вертикальные деформации пролетных строений в зависимости от напряженного состояния балок и тех последствий, которые они вызывают, можно разделить на деформации:

- на первом этапе работы конструкции (до устройства проезжей части) ^х), которые приводят к искажению профиля балок. Эти искажения устраняют при устройстве проезжей части мостов, что увеличивает толщину дорожной одежды и несколько утяжеляет пролетное строение;

^х) Если проезжая часть моста является составной частью главных балок, то первый этап работы конструкции рекомендуется считать до устройства покрытия проезжей части.

- на втором этапе работы конструкции (после устройства проезжей части), которые искажают очертание проезжей части мостов и перил. Проезжая часть мостов

приобретает волнообразное очертание с переломами над опорами. Это резко ухудшает условия и безопасность движения автомобилей по мосту, ухудшает внешний вид сооружения и неблагоприятно отражается на условиях его работы.

4. При определении длительных вертикальных деформаций пролетных строений следует учитывать ползучесть, усадку и сезонные деформации бетона. Сезонные деформации бетона вызываются изменением влажности окружающей среды и также являются усадкой. Однако для удобства определения длительных деформаций эти два вида деформаций бетона целесообразно разделять по формам их проявления, а не по происхождению. Влиянием температурных деформаций бетона и стали на длительные деформации пролетных строений можно пренебречь.

5. При расчете величин длительных деформаций пролетных строений рекомендуется использовать решения, исходя из теории старения. Величину длительных вертикальных деформаций следует подсчитывать как сумму деформаций на различных этапах работы конструкции.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

6. Деформации пролетных строений на первом этапе работы конструкции определяют по формуле:

где  - деформации от сил предварительного натяжения арматуры;

 - деформации от собственного веса балок;

 - деформации от усадки бетона;

 - деформация от сезонных деформаций бетона.

7. Деформации пролетных строений от сил предварительного натяжения арматуры находят по формуле:

где  - средний упругий прогиб балок от сил предварительного натяжения;

 - характеристика ползучести бетона на первом этапе работы конструкции, равная

где  - конечная характеристика ползучести бетона (при условиях, характерных для работы конструкции на первом этапе);

m(t) - коэффициент, характеризующий скорость нарастания деформаций ползучести на первом этапе работы конструкции;

 - коэффициент, учитывающий влияние армирования и формы сечения на деформации пролетных строений от сил предварительного натяжения арматуры на первом этапе работы конструкции;

где a - коэффициент, учитывающий форму сечения и расположение арматуры:

для элементов с двойной арматурой:

для элементов с одиночной арматурой:

где d - расстояние между центрами тяжести бетонного сечения и всей арматуры (напряженной и ненапряженной);

r_а - радиус инерции арматуры:

r_б - радиус инерции бетонного сечения:

J_a - момент инерции всей арматуры относительно ее центра тяжести;

- площадь обычной и предварительно напряженной арматуры;

J_б - момент инерции бетонного сечения;

F_б- - площадь бетонного сечения;

β - коэффициент, учитывающий насыщение сечения арматурой:

n - отношение модулей упругости арматуры и бетона:

- приведенное значение модуля упругости арматуры (обычной и напрягаемой);

E_б - модуль упругости бетона (в момент натяжения арматуры);

μ - коэффициент армирования сечения:

χ^I - поправочный коэффициент, зависящий от характеристики ползучести бетона на первом этапе работы конструкции:

8. Деформации пролетных строений от собственного веса балок вычисляют по формуле:

где  - средний упругий прогиб балок от собственного веса;

 - коэффициент, учитывающий влияние армирования и формы сечения на деформации пролетных строений от веса балок на первом этапе работы конструкции:

9. Деформации пролетных строений от усадки бетона подсчитывают по формуле:

 - доля усадки на первом этапе работы конструкции^Х);

^Х) Учет усадки и сезонных деформаций в предварительно напряженных, мостах начинается с момента натяжения арматуры t₀. Влиянием усадки и сезонных деформаций на искривление балок до натяжения арматуры можно пренебречь, так как ненапрягаемая арматура расположена более или менее равномерно по сечению балок.

l_p - расчетный пролет;

A - коэффициент, зависящий от системы пролетного строения;

 - конечное значение усадки бетона (при условиях характерных для работы на первом этапа);

, , d, E_б, J_б - обозначения по формулам (6), (7), (8) и (10).

10. Деформации пролетных строений от сезонных деформаций бетона вычисляют по формуле:

где  - амплитуда сезонных деформаций бетона на первом этапе работы конструкции:

α_сез - мера относительных сезонных деформаций бетона вследствие изменения относительной влажности воздуха;

Δ_вл - амплитуда годовых изменений относительной влажности воздуха в районе расположения сооружения, %;

ξ_з - коэффициент, учитывающий фактические условия работы конструкции до устройства проезжей части;

К_з - коэффициент, учитывающий влияние арматуры на величину сезонных деформаций бетона;

 - коэффициент, учитывающий влияние сезона загружения на величину сезонных деформаций на первом этапе работы конструкции

11. Деформации пролетных строений на втором этапе работы конструкции определяют по формуле:

где  - деформации от сил предварительного натяжения арматуры;

 - деформации от собственного веса балок и второй части постоянной нагрузки;

 - деформации от усадки бетона;

 - деформации от сезонных деформаций бетона.

12. Деформации пролетных строений от сил предварительного натяжения арматуры определяют по формуле:

где  - характеристика ползучести бетона на втором этапе работы конструкции:

 - конечная характеристика ползучести, бетона (при условиях, характерных для работы конструкции на втором этапе);

, m(t) - обозначения по формуле (2) и (3);

 - коэффициент, учитывающий влияние армирования и формы сечения на деформации пролетных строений от сил предварительного натяжения арматуры на втором этапе работы конструкции:

χ^II - поправочный коэффициент, зависящий от характеристики ползучести бетона на втором этапе работы конструкции:

α, β - обозначения по формулам (5), (6) и (9).

13. Деформации пролетных строений от собственного веса балок и второй части, постоянной нагрузки находят по формуле:

где  - коэффициент, учитывающий влияние армирования и формы сечения на деформации пролетных строений от веса балок и второй части постоянной нагрузки на втором этапе работы конструкция:

 - средний упругий прогиб балок от веса бетона проезжей части, тротуаров и перил (вторая часть постоянной нагрузки).

14. Деформации пролетных строений от усадки бетона вычисляют по формуле:

где  - доля усадки бетона на втором этапе работы конструкции;

 - конечная величина усадки на втором этапе работы конструкции;

A, , , d, E_б, J_б - обозначения по формулам (6), (7), (8), (10) и (15).

15. Деформации пролетных строений от сезонных деформаций бетона определяют но формуле:

где  - амплитуда сезонных деформаций бетона на втором этапе работы конструкции;

 - коэффициент, учитывающий влияние сезона загружения на величину сезонных деформаций на втором этапе работы конструкции:

16. Участие бетона проезжей части в совместной работе с пролетными строениями оказывает небольшое влияние на прогибы конструкции, и им можно пренебречь.

17. Углы поворота проезжей части, возникшие в результате длительных, вертикальных деформаций пролетных строений на втором этапе работы конструкции, подсчитывают по формуле:

где В, С - коэффициент, зависящий от системы про летного строения.

18. Характеристики ползучести и усадки басона при расчете длительных вертикальных деформаций пролетных строений следует определять по приложению 3, "Указаний по проектированию железобетонных и бетонных конструкций железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб". СН 365-67.

Прочность и возраст бетона балок (блоков) принимают по фактическим данным как средние по пролету. При отсутствии таких данных прочность бетона принимают равной проектной марочной прочности; возраст бетона при первом загружении - 28 суток, при втором загружении - 180-360 суток в зависимости от графика производства работ.

Относительная летняя влажность среды за многолетний период принимается в зависимости от климатического района расположения сооружения по данным метеостанций.

Дополнительно рекомендуется учитывать влияние сезона загружения. Коэффициент, учитывающий влияние сезона загружения на величину ползучести бетона, принимают по табл. 1.

19. Значение коэффициента m(t), характеризующего скорость нарастания деформаций ползучести, принимают по рис. 1 /2/.

Таблица 1

Рис. 1. Общий ход развития ползучести в бетоне при загружении:

1 - зимой; 2 - летом; 3 - осенью

20. Значение коэффициента К_t, характеризующего скорость протекания усадки бетона, принимают по табл. 2.

Таблица 2

21. Меру относительных сезонных деформаций α_сез не зависимо от вида бетона, его состава и сезона изготовления элемента можно принимать равной 11,0×10^-6.

22. Амплитуда годовых колебаний относительной влажности воздуха Δ_вл принимается в зависимости от района расположения сооружения по данным метеостанций.

23. Коэффициент К_з, учитывающий влияние армирования на величину усадки, принимают равным: при μ≤0,5 %-1,0; при 0,5 %<μ≤1,2 %-0,85; при 1,2 %<μ≤2,5 %-0,70.

24. Коэффициент , учитывающий влияние сезона загружения на величину сезонных деформаций, определяют по рис. 2 и 3.

25. При ориентировочных подсчетах можно принять: коэффициенты К_пр и К_М равными 0,8; коэффициенты А, В и С равными соответственно

- для балочных мостов 8; 4; 3,2

- для рамных мостов 2; 1,4; 1,3.

Рис. 2. Изменение величины сезонных деформаций бетона в течение года

Рис. 3. Суммарные деформации усадки и сезонных деформаций бетона при включении конструкции в работу и различное время года: зимой (а), летом (б), весной и осенью (в):

1 - усадка; 2 - суммарные деформации

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ С КАРКАСНОЙ АРМАТУРОЙ

26. При определении длительных деформаций пролетных строений с каркасной арматурой учитывают те же факторы, что и при определении длительных деформаций предварительно напряженных пролетных строений.

27. Деформации пролетных строений на первом этапе работы конструкции подсчитывают по формуле:

обозначения те же, что и в формуле (1).

28. Деформации от собственного веса балок находят по приближенным формулам И.И. Улицкого /3/:

где l_p - расчетный пролет;

E_a - модуль упругости арматуры;

q - постоянная нагрузка;

F_a - площадь растянутой арматуры;

h₀ - полезная высота балки;

x₀ - высота сжатой зоны бетона;

b_n - ширина плиты балки;

b - толщина стенки балки;

h_n - толщина плиты балки;

 - характеристика ползучести бетона с учетом армирования сжатой зоны бетона балок.

29. Деформации от усадки бетона определяют по приближенной формуле:

где  - доля усадки на первом этапе работы конструкции;

α, β, , d - обозначения по формулам (6), (7), (9) и (15).

30. Деформации от сезонных деформаций бетона подсчитывают по формуле:

где ,  - обозначения по формулам (16), (17).

31. Деформации пролетных строений на втором этапе работы конструкций подсчитывают по формуле:

Обозначения те же, что и в формуле (19).

32. Деформации от всей постоянной нагрузки рассчитывают по формуле:

q_M – вторая часть постоянной нагрузки на единицу длины балки.

33. Деформации от усадки бетона определяют по формуле:

где К_t,  - обозначения по формуле (26).

34. Деформации от сезонных деформаций бетона подсчитывают по формуле:

где ,  - обозначения по формуле (27).

35. Углы поворота проезжей части, возникшие в результате длительных вертикальных деформаций пролетных строений на втором этапе работы конструкций, находят по формуле:

36. Характеристики ползучести и усадки бетона при определении длительных вертикальных деформаций пролетных строений следует определять по «Указаниям» СН 365-67 с учетом положений, указанных в п. 18.

37. Значения характеристики ползучести бетона с учетом армирования сжатой зоны бетона балок , принимают по табл. 3 /3/.

где  - площадь арматуры сжатой зоны сечения балок/

38. При определении длительных деформаций пролетных строений от усадки и сезонных деформаций бетона величины необходимых коэффициентов берут по пп. 20-24.

Таблица 3

Приложение

Пример расчета

Пролетное строение длиной 40 м (расчетный пролет 42,5 м) состоит из шести составных по длине балок и расположено в умеренно влажном районе европейской части СССР.

Необходимо определить длительные; вертикальные деформации предварительно напряженного пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования.

Поперечное сечение балки в середине пролета показано на рисунке.

Геометрические характеристики сечения балок и другие, расчетные параметры приведены в таблице.

Блоки балок подвергали термовлажностной обработке. Натяжение и установка балок в пролет осуществлены в середине декабря 1981 г. в возрасте бетона 28-30 суток, устройство проезжей части - в середине января 1962 г.

Таблица

Длительные вертикальные деформации пролетного строения на первом этапе работы конструкции определяют по формуле (1). Деформации от сил предварительного натяжения арматуры определяют по формулам (2), (3), (4). Конечную характеристику ползучести бетона  (при условиях, характерных на первом этапе работы конструкции) находят по формуле (165) «Указаний» СН 365-67 , конечную меру ползучести С_τ - по формуле (163) «Указаний» СН 365-67 с учетом коэффициента ξ₅ (п. 18):

;

тогда:

 = 6,8×10^-6×0,9×1×1×0,72×1×1,08×380000 = 1,8.

Коэффициент m(t) в зависимости от возраста загружения определяют по рис. 1: m(t) = 0,4.

Подставляя полученные величины  и m(t) в формулу (3), получим:

 = 1,8×0,4 = 0,72.

Коэффициенты, учитывающие форму сечения, степень армирования и прочность бетона и арматурной стали, определяют по формулам (5), (9), (10), (11), (12):

;

;

χ^I=1+0,6×0,72 = 1,432.

Подставляя полученные значения α, β, и χ^I в формулу (4) получим:

,

тогда деформации от сил предварительного натяжения арматуры будут равны:

см.

Деформации от собственного веса балок вычисляют по формуле (13). Коэффициент  определяют по формуле (14):

Подставляя значение  в формулу (13), получим:

см.

Деформация от усадки бетона подсчитывают по формуле (15). Значения коэффициентов К_t принимают по табл. 2 (п. 20); =0,5 (возраст бетона балок в момент натяжения арматуры равен 28 суткам); =0,49 (возраст бетона балок в момент укладки проезжей части равен 56 суткам).

Доля усадки на первом этапе работы конструкций:

Конечную величину усадки бетона  (при условиях, характерных на первом этапе работы конструкции) подсчитывают по формуле (164) «Указаний» СН 305-87.

,

Тогда:

Деформации пролетных строений от сезонных деформаций бетона подсчитывают по формуле (16). Так как натяжение арматуры и укладка балок в пролет осуществлены в зимний период, коэффициент  (см. рис. 2 и 3), отсюда .

Длительные вертикальные деформации пролетных строений на первом этапе работы конструкции равны:

см.

Длительные вертикальные деформации пролетных строений на втором этапе работы конструкций находят по формуле (19). Деформации от сил предварительного натяжения арматуры определяют по формулам (20), (21), (22). Конечная характеристика ползучести бетона  (при условиях, характерных на втором этапе работы конструкции) равна:

Подставляя полученные величины в формулу (21), получим:

Величину χ^II определяют по формуле (23)

χ^II=1+0,6×1,07 = 1,64

Подставляя χ^II и ранее полученные α и β в формулу (22), получим:

,

тогда:

Деформации от собственного веса балок и второй части постоянной нагрузки находят по формуле (24). Величину  вычисляют по формуле (25):

,

Тогда:

см.

Деформации от усадки бетона определяют по формуле (26). Конечную величину усадки бетона  (при условиях, характерных на втором этапе конструкции) подсчитывают по формуле (164) "Указания" СН 365-67:

,

тогда:

см.

Так как пролетное строение загружалось зимой, то сезонные деформации во всех случаях увеличивают деформации усадки (рис. 3), т.е. уменьшают прогиб пролетного строения. В наихудшем варианте принимаем .

Длительные вертикальные деформации пролетного строения на втором работы конструкции равны:

см.

Длительные деформации пролетного строения на первом и втором этапах работы сооружения равны:

см.

Угол поворота проезжей части у опоры подсчитывают по формуле (29):

Угол перелома проезжей части в местах сопряжений пролетных строений с подходами равен углу поворота. Угол перелома проезжей части в местах сопряжений пролетных строений между собой равен сумме углов поворота смежных пролетов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тибшман Е.Е., Гибшман М.Е. Теория и расчет предварительно напряженных железобетонных мостов. М., Автотрансиздат , 1968.

2. Серегин И.Н. Ползучесть бетона в дорожно-мостовых сооружениях. М., «Транспорт», 1963.

3. Улицкий И.И., Чжан Чжун Яо, Голышев А.Б. Расчет железобетонных конструкций с учетом длительных процессов. Киев, Госстройиздат УССР, 1968.

4. Шмурнов И.к. Влияние длительных деформаций железобетонных предварительно напряженных мостов на условия движения автомобилей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1088.

5. Шмурнов И.К. Прогибы мостов и безопасность движения, - «Автомобильные дороги», 1968, № 3.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДЛИТЕЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ. Союздорнии, Балашиха Московской обл., 1970.

Дана простая методика определения длительных вертикальных и угловых деформаций железобетонных предварительно напряженных пролетных строений и пролетных строений с напрягаемой арматурой.

Табл. -4, рис. - 4.