Виды береговых опор автодорожных мостов

1. Массивная монолитная с откосными крыльями

1 – откосные крылья, 2 – тело опоры, 3 – фундамент, 4 – опорная часть

Применяются при высоте H опоры более 10 м и длине пролёта более 40 м. Если по условию обеспечения отверстия моста возможно устройство конуса.

2. Сборная двухстоечная

5 – стойка, 6 – шкафная стенка, 7 – подферменик.

Сечение стоек квадратное. Минимальный размер 25 см, максимальный – 75 см.

3 Сборная с одним рядом свай

8 – свая

H≤3м – высота опоры.

11 Распределение временной нагрузки между балками пролетного строения

Постоянные и временные нагрузки не одинаково распределяются между прогонами. Постоянная нагрузка распределена в плане практически равномерно. Все прогоны от действия этой нагрузки будут иметь одинаковое напряжение. Временная нагрузка может занимать на проезжей части произвольное положение, как правило эксцентрично относительно оси пролётного строения, и вызывать не только изгиб, но и кручение пролётного строения. Элементы проезжей части участвуют в распределении нагрузки между прогонами, обеспечивая пространственную работу пролётного строения, при котором временная нагрузка, находящаяся в любом месте проезжей части, вызывает усилие во всех элементах пролётного строения.

Усилие в прогонах с учётом пространственной работы определяют на основе двух подходов:

- при первом подходе пролётное строение рассматривают как систему взаимосвязанных элементов. Усилие в элементах такой системы определяют методами строительной механики, такими как метод конечных элементов, метод балочного ростверка;

- при втором подходе раздельно рассматривают работу элементов пролётного строения в поперечном и продольном направлении (метод коэффициентов поперечной установки).

Суть метода КПУ: усилия, возникающие в прогонах зависят от положения нагрузки в поперечном направлении. При разрезных поперечных балках (прогонах) нагрузка между соседними балками будет распределяться по закону рычага, а линия влияния опорной реакции на каждую из балок или прогон будет треугольной (рис. 5.4).

Рисунок 5.4 – Схема к определению КПУ

Загружая пролётное строение нагрузкой в виде нескольких сосредоточённых сил определяем воздействие на рассматриваемую балку как опорную реакцию по следующей формуле

D=ΣP*Y_i=PΣ Y_i , (1)

где n – количество сил находящихся на одной балке;

Y_i – ордината на линии влияния под сосредоточенной силой.

Разделив выражение (1) на нагрузку, находящуюся на всём пролётном строении, получаем коэффициент поперечной установки.

η= D/ n^’* P= Σ Y_i / n^’

где n^’ – количество сил на всём пролётном строении.

В настоящее время КПУ определяют как отношение воздействия D воспринимаемого одной главной балкой к временной нагрузке находящейся на пролётном строении в одной полосе загружения с двумя осями.

На основании этого КПУ определяют по формуле

η= Σ Y_i / 2.

Существует несколько способов построения линии влияния воздействий на главные балки или прогоны, требуемых для вычисления КПУ, учитывающих жесткость поперечных связей пролётного строения. Это способ рычага, способ внецентренного сжатия.

12 Требования к бетону для железобетонных мостов

Мосты эксплуатируются в сложных условиях. Они находятся под воздействием тяжелых подвижных нагрузок, колебаний температуры, влажности, вредных газов, а их опоры находятся под активным воздействием ледохода, карчехода и изменяющегося в течение года уровня воды в реке. Сложные условия работы мостов, а также условия производства работ при их строительстве определяют к материалам и изделиям для мостов ряд требований.

К бетону, применяемому в железобетонных мостах, предъявляются следующие требования:

· высокая прочность;

· водо- и газонепроницаемость;

· морозостойкость;

· химическая стойкость;

· необходимые сроки твердения;

· удобоукладываемость;

· умеренная усадка и ползучесть.

Показателем прочности бетона является класс бетона по прочности на осевое сжатие В — временное сопротивление сжатию в МПа бетонных кубов размером 150*150x150 мм с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0,95, испытанных в возрасте 28сут. после хранения их во влажной среде при температуре t=20±2°С. Для конструкций мостов и труб применяют бетоны следующих классов прочности на сжатие В20, В25, ВЗО, В35, В40, В45, В50, В55 и В60. В зависимости от вида и назначения конструкций, способов их армирования и условий их работы применяют в них бетон различных классов.

По Еврокоду класс бетона по прочности - количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие, обозначаемая буквой С и числами, выражающими значения нормативного сопротивления и гарантированной прочности в Н/мм² (МПа), например: C40/50 (перед чертой - значение нормативного сопротивления, Н/мм², после черты - гарантированная прочность бетона, Н/мм²). Гарантированная прочность бетона это и есть класс бетона по СНиП. Поэтому C40/50 соответствует В50.

При проектировании бетонных, железобетонных и предварительно напряженных конструкций следует применять конструкционные бетоны следующих классов по прочности на сжатие:

а) тяжелые, в том числе напрягающие: С⁸/₁₀; С¹²/₁₅; С¹⁶/₂₀; С²⁰/₂₅; С²⁵/₃₀; С³⁰/₃₇; С³⁵/₄₅; С⁴⁰/₅₀; С⁴⁵/₅₅; С⁵⁰/₆₀; С⁶⁰/₇₀; С⁷⁰/₈₅; С⁸⁰/₉₅; С⁹⁰/₁₀₅; С¹⁰⁰/₁₁₅;

б) мелкозернистые:

— группы А (естественного твердения или подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении на песке с модулем упругости св. 2,0): С⁸/₁₀; С¹²/₁₅; С¹⁶/₂₀; С²⁰/₂₅; С²⁵/₃₀; С³⁰/₃₇; С³⁵/₄₅;

— группы Б (то же, с модулем крупности 2,0 и менее): С⁸/₁₀; С¹²/₁₅; С¹⁶/₂₀; С²⁰/₂₅; С²⁵/₃₀.

Примечание — Группа мелкозернистого бетона должна указываться в рабочих чертежах конструкции.

В несущих, особенно предварительно напряженных, конструкциях мостов рекомендуется применять бетон высоких классов прочности. Для их получения используются следующие пути:

• применение цементов высокой активности (активность применяемого цемента обычно в 1,3—1,8 раза более проектного класса бетона по прочности на сжатие);

• рациональное увеличение норм расхода цемента (на 1 м³ бетона не менее 250 кг и не более 450 кг цемента, большие расходы цемента увеличивают деформации усадки и ползучести бетона, что приводит к образованию в нем трещин);

• уменьшение водоцементного отношения;

• применение прочных заполнителей, промывка их с целью удаления глинистых и илистых частиц, ухудшающих сцепление цементного камня с заполнителем;

• подбор оптимального гранулометрического состава песка и щебня, при котором обеспечивается возможно более полное заполнение ими объема бетона и уменьшается содержание цементного камня, имеющего меньшую прочность, чем прочность щебня и песка.

Стойкость бетона против внешних воздействий, водо- и газо-непроницаемость обеспечиваются созданием его плотности, измеряемой в кг/м³. Марка бетона по плотности отвечает гарантированному значению объемной массы бетона в кг/м³, обозначается буквой D и числом, выражающим значение объемной массы бетона (например, D2000) и устанавливаемой в соответствии с требованиями стандартов.

Необходимая плотность бетона обеспечивается его вибрированием. В конструкциях мостов и труб предусматривается применение тяжелого бетона со средней плотностью от 2200 до 2500 кг/м³. Применение бетона с меньшей плотностью допускается лишь в опытных конструкциях.

Морозостойкость бетона характеризуется маркой F — наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдержать образцы 28-суточного возраста без снижения прочности более чем на 15%. Марки бетона по морозостойкости для мостов и труб в зависимости от климатических условий зоны строительства, расположения относительно воды и вида конструкции принимают в пределах от 100 до 400. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца (умеренные - при t>-10 °С, суровые - при t от -10 до - 20 °С, особо суровые - при t ниже - 20 °С). Морозостойкость бетона повышают введением в него воздухововлекающих добавок, которые создают мелкие поры, обеспечивающие свободное расширение воды при ее замерзании в теле бетона.

Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует давлению воды (в МПа), при котором еще не наблюдается ее просачивание через образец бетона высотой 15см в возрасте 28сут., испытанного по специальному режиму. Эта марка должна быть не ниже W4 в подводных и подземных частях и не ниже W6 в водопропускных трубах, элементах дорожной одежды проезжей части и переходных плитах.

Химическая стойкость бетона во многом зависит от его плотности и вида применяемого цемента. В железобетонных мостах применяют бетон на портландцементе, сульфатостойком портландцементе и глиноземистом цементе. Портландцемент используют для наиболее ответственных сооружений. Сульфатостойкий портландцемент и глиноземистый цемент используют в конструкциях, которые могут подвергаться действию морской, минерализованной и болотной воды или другим агрессивным химическим воздействиям, вредно действующим на портландцемент.

Сроки и интенсивность твердения бетона и приобретение им необходимой прочности важны для ускорения производства работ. Цементы с обычной тонкостью помола обеспечивают в возрасте 3сут. около 50% прочности, тонкомолотые быстротвердеющие цементы позволяют получить в возрасте 1сут. 40-50% проектной прочности, однако при их использовании увеличивается усадка бетона и снижается его морозостойкость. Ускорение твердения и набора прочности цемента лучше обеспечивать равномерным пропариванием бетона в камерах с последующим постепенным его охлаждением.

Подвижность бетонной смеси очень важна для получения плотного бетона. Она увеличивается с увеличением В/Ц, но это снижает прочность бетона. Для мостов применяют бетонные смеси с водоцементным отношением не более 0,6. При уплотнении бетонной смеси длительным вибрированием могут применяться жесткие смеси с В/Ц=0,3. Увеличение подвижности бетонной смеси при укладке достигается также введением в нее различных пластификаторов. Имеются пластификаторы, которые превращают бетон с низким водоцементным отношением в весьма подвижную смесь.

Усадка - свойство бетона уменьшать размеры в процессе твердения и последующего высыхания. Неравномерная усадка бетона приводит к появлению в нем трещин и дополнительных усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях. Уменьшения усадочных деформаций достигают сокращением содержания цемента и воды в бетоне, а также постановкой противоусадочной арматуры.

Ползучесть бетона - способность медленно деформироваться под постоянной нагрузкой. Она приводит к падению усилий в напряженной арматуре и перераспределению внутренних усилий в статически неопределимых конструкциях.

Наряду с обычным тяжелым бетоном в опытных конструкциях допускается применять легкий бетон с заполнителем из керамзита или других материалов. Средняя плотность таких бетонов составляет около 1800кг/м³. Перспективен также бетон с полимерными добавками, позволяющими значительно повысить водонепроницаемость и сопротивление растяжению бетона. Представляет интерес также фибробетон, прочность на растяжение которого в 2-3 раза выше, чем обычного бетона.

13 Материалы для гидроизоляции бетона мостов

Гидроизоляция предотвращает проникновение атмосферной влаги или грунтовых вод к бетону пролетных строений или опор и предохраняет бетон от разрушения, а арматуру от коррозии.

Гидроизоляционные материалы делят на:

· окрасочные;

· оклеечные.

Окрасочную гидроизоляцию выполняют полимерными и битумно-полимерными мастиками. Материалы, которые используются для устройства мастичной гидроизоляции могут приготавливаться:

· на каучуковой основе (эластомеры);

· на основе синтетических полимеров (термопласты);

· на основе битума (полимербитумы);

· комбинированные из синтетических и битумных материалов;

· жидкие полимеры (полиэфиры, полиуретаны, полиакрилы);

· битумные материалы на полимерной основе.

Материалы мастичной битумно-полимерной гидроизоляции: «Технопрок»-Россия; «Эластопаз»-Израиль.

Материалы мастичной битумно-полимерной гидроизоляции: «Рабберфлекс-55»-Россия (полиуретановая основа); «Полимаст»-Россия (основа- модифицированный синтетический каучук).

Окрасочная гидроизоляция представляет собой несколько слоев пленкообразующих жидких или пластичных гидроизоляционных материалов, нанесенных на изолируемую поверхность пневматическим напылением или набрызгом под высоким давлением, а при небольших объемах работ – валиками, кистями и шпателями. Толщина одного слоя – от 0,05 до 1мм. Все гидроизоляционное покрытие состоит из слоя грунтовки, 2 – 6 слоев обмазочного покрытия и посыпки кварцевым песком. Общая толщина – 4мм.

Для оклеечной гидроизоляции применяют рулонные битумно-полимерные материалы. Их укладывают на загрунтованную поверхность. В качестве грунтовки применяют битумно-полимерные мастики и эмульсии (с органическими растворителями и на водной основе).

Битумно-полимерный рулонный наплавляемый гидроизоляционный материал ТЕХНОЭЛАСТМОСТ разработан совместно СоюздорНИИ и компанией "ТехноНИКОЛЬ".

ТЕХНОЭЛАСТМОСТ предназначен для устройства гидроизоляции железобетонной плиты проезжей части (марка "Б").Уникальные физико-механические характеристики материала обеспечиваются применением в качестве модификатора искусственного каучука — Стирол-Бутадиен-Стирола (марка "Б").

ТЕХНОЭЛАСТМОСТ выпускается с основой из полиэстера и имеет толщину не менее 5,0 мм (марка "Б"). Нижняя сторона материала покрыта легкооплавляемой полимерной пленкой, а верхняя — мелкозернистым песком для лучшей адгезии к бетону.

ТЕХНОЭЛАСТМОСТ наплавляется на сухую подготовленную поверхность пропановой горелкой. Благодаря своей эластичности он легок в укладке даже в холодную погоду и не становится слишком мягким на солнце; работа с ним комфортна и не требует перегрева материала. Полимерная пленка, которой покрыт снизу ТЕХНОЭЛАСТМОСТ, имеет специальный рисунок, по которому изолировщик при разогревании легко определяет готовность материала к укладке. ТЕХНОЭЛАСТМОСТ имеет высокую адгезию к основанию, обеспечивая когезионный отрыв (по вяжущему) при приемке изоляции.

Для получения надежной гидроизоляции необходимо соблюдать ряд правил:

• используемые материалы должны иметь основу из полиэстера с развесом 190—250 г/м² и минимальную толщину 5 мм (при однослойной гидроизоляции);

• основание должно быть однородным, не иметь неровностей более 1,5 мм;

• прочность бетона должна составлять не менее 1,5 Н/мм²;

• перед укладкой гидроизоляции бетон должен быть выдержан не менее 21 дня;

• поверхность бетона должна быть тщательно очищена с помощью распыления воды под давлением (до 300 атм.) или с помощью сжатого воздуха;

• для обеспечения хорошей адгезии наносится грунтовка, предпочтительно на базе эпоксидных смол, что обеспечивает паронепроницаемость;

• в случае значительной неоднородности поверхности необходимо осуществлять ее выравнивание с помощью составов на базе эпоксидных смол;

• укладка материала производится с помощью его подплавления пламенем газовых горелок;

• перед нанесением защитного слоя необходим контроль адгезии материала к основанию;

• непроклеенные зоны или пузыри устраняют.

Гидроизоляция мостового полотна на железобетонной плите проезжей части может устраиваться из дисперсно - армированного бетона низкой проницаемости (сталефибробетона). Характеристики сталефибробетона: класс по прочности на сжатие-не <B40; марка по морозостойкости – не менее F200; марка по водонепроницаемости – не менееW12. Применяют фрезерную стальную фибру.

Нормативный документ - ТКП 201-2009 (02191) - Мосты и трубы. Правила устройства гидроизоляции.

14 Основные системы железобетонных мостов и область их применения

1. Балочные системы:

1 вид: балочно - разрезные

Особенность данной системы в том, что с увеличением пролёта увеличивается высота несущей конструкции пролётного строения. Поэтому длина пролёта ограничена до 42 метров.

2 вид: балочно - неразрезные

Особенность системы в том, что на эпюре изгибающий момент имеет отрицательное значение, что уменьшает величину положительного изгибающего момента в середине пролёта, а следовательно позволяет уменьшить высоту несущей конструкции при большей длине пролёта, по сравнению с разрезной системой.

3 вид: балочно – консольные системы

Особенность: грунт в основании может быть менее прочным по сравнению с неразрезными, устройство шарниров в подвеске усложняют конструкцию, поэтому её применяют реже чем неразрезную.

Рамные системы

1 вид: многопролётные рамы

Особенность данной системы – жёсткое соединение. В опорах возникает изгибающий момент, который уменьшает момент в пролёте. Опоры сильно армируют, поэтому они тоньше по сравнению с опорами балочных мостов. Это позволяет освободить подмостовое пространство. Опоры могут соединяться жёстко или с помощью шарниров. Шарниры дают большую чувствительность к осадкам, но их подтопление не желательно. Недостатки: 1) невозможность индустриализации; 2) из – за тонких опор их применяют только в путепроводах или эстакадах.

2 вид: рамно – подвесные, рамно-консольные

Основная конструкция элемента – Т – образная рама. Ригели рам в основном работают на отрицательные изгибающие моменты, для восприятия которых арматуру устанавливают в верхней зоне сечения, что удобно конструктивно. Возводить пролётное строение можно из сборных элементов. При возведении применяют способ навесного бетонирования или навесной сборки. Кроме балочных и рамных, строят арочные системы.

Арочные системы

Особенность системы: от действия вертикальной нагрузки в пяте арки возникает наклонная опорная реакция. Она раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющие. Горизонтальная составляющая называется – распор. Поэтому при возведении мостов таких систем, необходимы прочные грунты в основании и массивные опоры.

Уровень проезда в арочном мосту может быть поверху, понизу и посередине.

Вантовые системы

Балка жёсткости (1) работает как балка на упругом основании за счёт того, что к ней во многих местах крепят ванты (2). Поэтому при большой длине пролёта балка жёсткости имеет небольшую высоту. Ванты работают на растяжение и передают нагрузку с пролётного строения на пилон, который в основании работает на сжатие.

15 Конструкция элементов мостового полотна

16 Сопряжение моста с подходами

Сопряжение обеспечивают плавностью перехода с насыпи на мост и обратно.

1. Дренирующая засыпка из крупнозернистого или мелкозернистого песка или металлургический шлак;

2. Переходная плита из ж.б. длиой 4, 6, 8 метров в зависимости от высоты насыпи и грунтового основания;

3. Прилив шкафной стенки;

4. Лежень;

5. Слой щебня толщиной 10см;

6. Подушка из щебня толщиной 0,5м;

7. Щековая стенка;

8. Шкафная стенка.

Переходные плиты укладывают по ширине ездового полотна, которое равно габариту моста. Устраивают переходные плиты одновременно с возведением земляного полотна.

17 Определение постоянных воздействий на несущую конструкцию пролетного строения

18 Опорные части мостов

Опорные части — это устройства, служащие для передачи сосредоточенных опорных давлений пролетных строений на опоры моста. Они предназначены: для распределения опорных давлений от веса пролетных строений и подвижной нагрузки на необходимую площадь подферменной плиты; передавать на опоры горизонтальные усилия, возникающие от торможения и других факторов; обеспечивать свободу угловых деформаций от прогиба пролетных строений и, кроме того, давать свободу продольным перемещениям, возникающим под влиянием временной нагрузки и колебаний температуры.

Для того чтобы удовлетворить всем этим требованиям, применяют различные типы опорных частей: плоские, тангенциальные, одно- и многокатковые, валковые, секторные, качающиеся, скольжении, стаканообразные, с шаровым сегментом и др. По характеру работы они подразделяются па две основные категории: подвижные и неподвижные опорные части. Сами названия говорят о различии в их работе: первые должны давать свободу горизонтальным перемещениям, а вторые — исключать их полностью.

Опорные части мостов: а —неподвижная с шарниром, б —подвижна

Опорные части под пролетными строениями располагают в соответствии с расчетной схемой моста. В балочных мостах под разрезными пролетными строениями, как правило, употребляют наиболее простую схему размещения опорных частей: на одном конце устанавливают продольно-подвижные опорные части, а на другом — неподвижные. В автодорожных мостах подвижность одного конца пролетных строений приводит к необходимости устройства так называемых деформационных швов (разрывов проезжей части).

В неразрезных мостах возможно несколько вариантов размещения подвижных и неподвижных опорных частей. Чаще других встречается вариант расположения неподвижных опорных частей на одной из средних опор, а на остальных — подвижные. Однако в автодорожных мостах для уменьшения количества разрывов в проезжей части с целью устройства деформационных швов иногда применяют установку неподвижных опорных частей только на одном из устоев.

Простейшими опорными частями скольжения можно считать опорные части для мостов малых пролетов (до 10—15 м), для которых горизонтальные перемещения от изменения температуры и действия временной подвижной нагрузки невелики. Они представляют собой конструкцию из двух плоских металлических подушек, одна из которых присоединена к пролетному строению, а другая — к опоре. Такая конструкция, однако, не годится для пролетов большей длины, так как при значительных опорных давлениях в месте контакта (поверхность скольжения) возникают дополнительные усилия. Этот недостаток в известной степени исключен в ряде конструкций опорных частей, в частности тангенциальных, катковых, секторных и плоских, но с применением полимерных материалов с малым коэффициентом трения.