Способы усиления железобетонных пролетных строений

Методы усиления железобетонных пролетных строений

Целью усиления является повышение эксплуатационных качеств, основным из которых является грузоподъемность.

1. Путем увеличения поперечного сечения, добавлением нового материала (бетон, арматура, металлический лист).

2. Путем изменения статической схемы (объединение в неразрезные схемы, устройство новых опор).

3. Комбинированный способ усиления (путем использования принципа внешнего армирования металлическими листами).

Небольшое усиление (на 10—15 %) выполняют добавлением арматуры в растянутой зоне поясов. Арматуру приваривают к нижним рядам существующей: для этого удаляют защитный бе­тонный слой до половины толщины стержней нижнего ряда и к ним приваривают добавляемые стержни через коротыши длиной 10—20 см (а), затем омоноличивают (торкретирование) зону усиления. Высота балки увеличивается незначительно, а грузоподъемность возрастает в основном за счет добавляемой арматуры, которая будет работать только на усилия от временной нагрузки.

Повышения грузоподъемности пролетного строения на 15—35 % достигают увеличением высоты балок и площади рабочей арма­туры приваркой арматурного каркаса (б), состоящего из продольных изогнутых стержней и коротких хомутов. После удаления защитного слоя добавляемую продольную арматуру сое­диняют с существующей приваркой наклонных коротышей и хо­мутов. После установки арматурного каркаса зону усиления бето­нируют в опалубке бетоном на мелком щебне или цементно-песчаным раствором. Бетон подают через загрузочные воронки сбоку под напором столба до 1 м и уплотняют вибраторами, закрепляемыми на опалубке. Для улуч­шения сцепления старого и нового бетонов поверхность тщатель­но обрабатывают. На обетонируемую поверхность рекомендуется наносить тонкую (до 1 мм) эпоксидно-тиоколовую или полимер-цементную прослойку. Бетон следует применять пластичный, по возможности на быстротвердеющем, безусадочном или расширяю­щемся цементе.

1 – зона усиления; 2 – существующая арматура; 3 – арматура усиления; 4 – сварные швы; 5 – наклонный коротыш; 6 – хомут.

Главные балки ребристых пролетных строений можно усили­вать увеличением площади рабочей арматуры нижнего пояса и стенок. Таким образом на одном из мостов были усилены балоч­ные пролетные строения длиной 15 м, на которых обнаружили много поперечных и наклонных трещин. Главные балки пролетных строе­ний заключили в железобетонную «рубашку» толщиной снизу 20 см и с боков по 5 см. Основная добавленная арматура диаметром 36 мм состояла из трех видов стержней — приварен­ных к существующим, отгибаемых вверх по боковым граням балок и обрываемых в растянутой зоне. По боковым граням балок по­ставили горизонтальные стержни диаметром 12 мм, привязанные к хомутам, охватывающим арматуру в нижней зоне. Хомуты верх­ними концами приварили к арматуре плиты, а нижними — к ра­бочей арматуре балок. «Рубашку» бетонировали в деревянной опалубке. Для улучшения включения элементов усиления в работу от внешних нагрузок целесообразно предварительно напрягать до­бавляемую арматуру.

Возможности усиления железобетонных пролетных строений с изменением их статической системы ограничены. По соображе­ниям конструктивного порядка и требований минимального ог­раничения движения поездов во время ведения работ целесооб­разно для усиления применять шпренгели. Их обычно образуют из двух ветвей, располагаемых симметрично по отноше­нию к ребрам балки, очертание их может быть прямолинейным или полигональным. При прямолинейном шпренгеле в балке умень­шаются только изгибающие моменты, а при полигональном — изгибающие моменты и поперечные силы.

Шпренгели выполняют из стержневой высокопрочной арма­туры, тросов, пучков из высокопрочной проволоки, прядей и т. п. Для эффективного включения шпренгелей в работу производят предварительное напряжение.

Для закрепления и напряжения шпренгелей используют ан­керные устройства, применяемые при изготовлении предваритель­но напряженных железобетонных конструкций. Напряжение шпрен­гелей производят оттяжкой их в вертикальной плоскости домкрата­ми, а шпренгелей из арматурных стержней—электронагревом или за­кручиванием гаек.

Усиление балок полигональными шпренгелями (а, б, в) и прямолинейным (г):

1 – шпренгель; 2 – анкер; 3 – распорка; 4 – упор.

Источник

Усиление балочных железобетонных пролетных строений

УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ, БЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ И ОПОР

Способы усиления.Большинство эксплуатируемых на сети желез­ных дорог страны пролетных строений железобетонных мостов, в том числе построенных под нормативную нагрузку 1907 г.. имеют грузо­подъемность, достаточную для беспрепятственного и безопасного про­пуска всех видов поездных нагрузок — современных и ближайшей пер­спективы. В тех же редких случаях, когда из-за значительного возраста­ния поездных нагрузок, неблагоприятного влияния других эксплуата­ционных факторов и возникающих в связи с этим серьезных поврежде­ний грузоподъемность пролетных строений оказывается недостаточной, их усиливают или заменяют новыми. При этом выбор целесообразного решения обосновывают соответствующим технике-экономическим ана­лизом.

Обычно потребность в усилении железобетонных пролетных строе­ний возникает в связи с необходимостью повышения их несущей способ­ности по нормальным и главным растягивающим напряжениям.

На практике усиление балочных железобетонных пролетных строе­ний чаще всего производят путем увеличения их поперечного сечения добавлением нового материала (арматуры, бетона) и реже — путем изменения статической схемы подведением шпренгелей, осуществляе­мым аналогично усилению металлических пролетных строений.

Выбор способа усиления во многом зависит от физического состоя­ния элементов пролетных строений, их конструктивного исполнения, необходимого уровня усиления_у условий производства работ и эксплу­атации мостов и т.п.

Усиление пролетных строений увеличением ихпоперечного сечения.Небольшое усиление —до 15 % по нормальным напряжениям (например, в связи с ослаблением коррозией сечений рабочих стержней) — дости­гается добавлением растянутой арматуры поясов главных балок, как показано на рис. 10.1, д. Предварительно скалывают защитный слой бе­тона и примерно до половины диаметра обнажают стержни рабочей арма­туры нижнего ряда 2. Новую (дополнительную) арматуру 3 привари­вают к старой (после ее очистки от грязи и коррозии) через коротыши 4 длиной по 10—20 см. После этого удаленный защитный слой бетона вос­станавливают торкретированием или набрызгом по технологическим правилам, утвержденным Главным управлением пути МПС. В этом слу-

Рис. 10.1. Схемы усиления железобетонных балок добавлением арматуры: а — с приваркой стержней через коротыши; б — с приваркой каркаса; в — бетонированием в опалубке; 1 — новый бетон; 2 — существующая арматура; 3 — пш^ольная арматура усиления; 4 — коротыш; 5 — наклонный стержень; 6 — место приварки новой арматуры; 7 — прямой хомут; 8 — наклонный хомут; 9 — опалубка; 10 — загрузочная воронка

чае высота балки практически Не изменяется, а увеличение площади се­чения арматурой 3 учитывается только в проверках на временную на­грузку.

Значительно большее усиление железобетонных пролетных строе­ний (до 15 — 35 %) обеспечивается приваркой дополнительного арма­турного каркаса, состоящего из продольных 3 (рис. 10.1, б) и наклон-

ных 5 стержней и коротких хомутов 7, 8, и увеличением таким обра-зом высоты сечений главных балок, что учитывается в перерасчете гру­зоподъемности. Наклонные стержни 5 проверяют, как отгибы, на пере­резывающую силу в зоне усиления балки, возникающую только от вре­менной нагрузки. Хомуты 7, 8 в расчете не учитываются, поскольку они только подвешивают новые арматурные стержни 3. Работы выпол­няются в такой последовательности: заготовка каркасов и удаление защитного слоя бетона; приварка каркасов к существующей арматуре (в «окно»); покрытие старого бетона полимерцементным или эпоксид-но-тиоколовым слоем толщиной до 1 мм для увеличения сцепления с но­вым слоем; установка опалубки 9 (рис. 10.1, в); бетонирование сбоку через загрузочные воронки под давлением столба бетона до 1 м бетоном не ниже В30 на мелком щебне с наружным вибрированием. Бетон луч­ше приготовлять на водостойком расширяющемся цементе (ВРЦ).

Сложность и трудоемкость установки дополнительного арматурно­го каркаса, слабая его связь с существующей арматурой являются недо­статком такого приема усиления балок.

В случае необходимости усиления пролетных строений по главным растягивающим напряжениям балки заключают в железобетонные обо­лочки с толщиной стенок не менее 5 см, армируя их отогнутыми стерж­нями и хомутами. Хомуты оболочки вверху приваривают к арматуре плиты балластного корыта. Нижние основные добавляемые стержни арматуры приваривают к нижним существующим или отгибают в стен­ках оболочки до сжатой зоны, чем воспринимаются главные растяги­вающие напряжения. Сетка горизонтальной распределительной арматуры и хомутов в стенках назначается по общим правилам. Бетонирование производится в опалубке.

При усилении пролетных строений путем увеличения их попереч­ного сечения для повышения эффективности включения добавляемых стержней в совместную работу с балками целесообразно выполнить не­большое натяжение этих стержней до их обетонирования, используя из­вестные способы и конструктивные решения создания предварительного напряжения. В частности, при усилении балки железобетонной рубаш­кой хомуты могут быть предварительно напряженными из стержневой высокопрочной стали с анкеровкой в плите балластного корыта. Для этого хомуты пропускают через плиту балластного корыта, на концах делают нарезку и закручиванием гаек обеспечивают их натяжение.

Стойки и ригели рам, арки и другие конструктивные элементы же­лезобетонных мостов могут быть усилены также путем увеличения их поперечного сечения — добавлением арматуры и бетона.

Усиление пролетных строений изменением их расчетной схемы. По сравнению с металлическими пролетными строениями возможности использования этого способа крайне ограничены. Для железобетонных пролетных строений при изменении их статической схемы необходимо обеспечить совпадение знаков эксплуатационных эпюр внутренних уси-

Рис 10.2. Схемы усиления железобетонных балок шпренгелями полигонального

<а, б, в) и горизонтального (г) очертания:

1 — анкерное закрепление; 2 — шпренгель; 3 — распорка

лий до и после усиления. Из всех известных решений этому в наиболь­шей степени отвечают шпренгельные конструкции усиления, схемы ко­торых приведены на рис. 10.2.

Выбор схемы шпренгеля определяется конструкцией и грузоподъем­ностью усиливаемого пролетного строения. Очертание их может быть прямблинейным или полигональным. При прямолинейном очертании уменьшаются изгибающие моменты в балке, при полигональном — из­гибающие моменты и поперечные силы.

Шпренгели обычно формируют из двух ветвей, устанавливаемых в параллельных плоскостях с двух сторон ребра каждой балки симмет­рично ее продольной оси. Для их изготовления используют кабели, со­ставленные из высокопрочной проволоки, собранной в пучки, или из витых стальных тросов заводского изготовления, а также из стержней высокопрочной арматуры. С целью эффективной разгрузки балок шпренгели обычно предварительно напрягают, используя для этого ан­керные закрепления и оборудование, применяемое при изготовлении предварительно напряженных конструкций. При необходимости шпрен­гели могут быть натянуты оттяжкой их в вертикальной плоскости дом­кратами или установкой распорок между поясом шпренгеля и нижним поясом балки. Однако у этих способов повышенная трудоемкость вы­полнения натяжения ввиду необходимости закрепления упоров под кон­цевые анкеры, а также установки и демонтажа натяжных устройств при ограниченном свободном пространстве.

В^отдельных случаях при малых поперечных габаритах усиливаемо­го элемента для прямолинейных шпренгелей может быть использован более простой способ натяжения за счет осуществления многократных перегибов его ветвей по зигзагообразной линии по длине балки. На рис. 10.3 соответственно показаны: а — фасад усиливаемого пролетного строения; б — нижняя грань усиливаемой балки непосредственно перед натяжением шпренгеля; в — натяжение ветвей шпренгеля одновременно на всех участках между промежуточными анкерами; г — нижняя грань усиливаемого элемента после натяжения и фиксации ветвей шпренгеля;

Рис. 10.4. Схема усиления железо­бетонной балки приваркой плоско­го листа и обоймы к растянутой ар­матуре соответственно плиты бал­ластного корыта и ребра: 1 — существующая арматура; 2 -‘лист; 3 — усиливаемая балка; 4 — швеллер (обойма)

д — натяжное приспособление в виде струбцины. Фиксацию ветвей шпренгеля по зигзагообразным линиям производят с использованием пар сближенных в направлении к продольной оси усиливаемой балки фиксаторов, укрепленных между смежными по длине промежуточными анкерами. Причем фиксаторы расположены ближе к продольной оси бал­ки, чем промежуточные анкеры.

Для натяжения шпренгелей Из высокопрочных арматурных стержней удобно использовать электронагрев или закручивание концевых гаек.

Особое внимание уделяют защите шпренгелей от коррозии. Кабели из проволок и тросов защищают специальными антикоррозионными мас­тиками или помещают в трубки из полимерных материалов с последую-

Рис. 10.3. Схемы усиления железобетон­ной балки предварительно напряженным шпренгелем:

1 — усиливаемая балка; 2 — шпренгель; 3 — концевые анкеры; 4 — промежу­точные анкеры; 5 — фиксаторы; 6 — натяжные струбцины

щим нагнетанием в них герметизирующих составов на основе тиокола; стержневую арматуру либо окрашивают обычным способом, либо окрас­ку комбинируют с металлизацией.

Работы по усилению железобетонных пролетных строений ввиду их сложности и трудоемкости выполняют рабочие высокой квалификации. Учитывая, что эти работы проводятся на эксплуатируемых сооружениях и, как правило, без перерыва в движении поездов, к ним предъявляются более строгие требования, гарантирующие безопасность и высокое ка­чество работ.

В последнее время появились разработки в направлении усиления железобетонных пролетных -строений стальными элементами (листо­выми и прокатными).

На рис. 10.4 и 10.5 показано применение стального листа, приварен­ного к арматурелребующей усиления плиты балластного корыта, а так­же усиление главной балки стальной обоймой в растянутой зоне и на­клонными тягами в приопорных участках. В этих решениях использует­ся принцип внешнего армирования, который в последние годы находит широкое применение, в частности при изготовлении новых и усилении эксплуатируемых автодорожных мостов.

Повышение грузоподъемности отдельных элементов пролетного строения может быть также достигнуто путем их разгрузки от постоян­ной и временной нагрузок. Например, для усиления наружных консо­лей железобетонных пролетных строений с ездой на балласте разработа­но разгрузочное устройство (рис. 10.6). Разгрузочное устройство вы­полнено в виде пакета 2 балок, установленного под рельсовым пу­тем 3 и опирающегося через опорные подкладки 4 на плиту 6 бал­ластного корыта пролетного строения 7. Пакет балок установлен попе­рек продольной оси пролетного строения 7. Балки 8 объединены по

Рис. 10.5. Схема усиления железобетонной балки наклонными тягами в при-опорной части:

1 — болт; 2 — пластины; 3 — наклонные тяги; 4 — упоры; 5 — швеллер (обойма) ; б — полимерраствор

концам над консолями 10 плиты 6 металлическими листами 5, жест­ко прикрепленными снизу к балкам 8 и расположенными с попереч­ным уклоном к оси пролетного строения 7. Сверху к листам 5 при­креплены параллельно балкам 8 ребра жесткости 11. Опорные под­кладки 4 пакета балок расположены в плане в пределах стенок 9 про-

Рис. 10.6. Разгрузочное устройство для усиления плиты балластного корыта же­лезобетонного пролетного строения (на разрезе А — Л верхнее строение пути и балласт не показаны)

Рис. 10.7. Устройство для усиления железобетонного пролетного строения с от­кидными консолями:

1 — откидная консоль; 2 — шарнир; 3 — комплект болтов с гайками, шайбами и прокладками; 4 — неподвижная часть консоли; 5 — прокладки; 6 — поддер­живающая (несущая) балка

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник