МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОЮЗДОРНИИ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕМОНТУ И УСИЛЕНИЮ СТЫКОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ

 

 

Москва 1987

 

Составлены на основе исследований различных конструкций и способов усиления железобетонных мостов, экспериментальных и опытных работ, выполненных в Союздорнии, с учетом опыта применения рекомендуемых конструкций усиления мостоотрядами и мостопоездами Главмостостроя.

Предложены два вида усиления стыков (бетонируемых, «сухих» и клееных) на нормальные и сдвигающие усилия: установка металлических или полимербетонных шпонок и бетонирование дополнительных железобетонных элементов, связанных с усиляемой конструкцией клеештыревым стыком. Установлено, что клеештыревое соединение может быть использовано для объединения вновь укладываемого бетона со старым и при других видах ремонта и усиления.

Рассмотрены возможности устройства усиления как при положительных, так и при отрицательных температурах.

Приведены подробные требования к расчету и конструированию предлагаемых видов усиления, даны примеры расчета.

Изложена технология и дан перечень оборудования, необходимого для выполнения работ.

Предисловие

Составные конструкции за последние годы нашли широкое распространение при строительстве мостов в СССР и за рубежом.

Обследования, выполненные Союздорнии, показывают, что составные конструкции со стыками различных видов (клееными, бетонируемыми и «сухими») в процессе эксплуатации ведут себя аналогично монолитным.

Однако за последнее время зафиксированы отдельные случаи некачественного выполнения стыков, что привело к вынужденному усилению таких стыков в процессе строительства и эксплуатации мостов.

В связи с этим Союздорнии разработал, испытал и провел производственную проверку различных конструкций усиления стыков и их отдельных элементов.

В настоящих «Методических рекомендациях по ремонту и усилению стыков и элементов железобетонных конструкций мостов» приведены методика расчета прогрессивных конструкций усиления и технология выполнения работ.

«Методические рекомендации» разработали кандидаты технических наук Ю.Н. Саканский и Б.П. Белов.

Все замечания и предложения по данной работе просьба направлять по адресу: 143900, г. Балашиха-6 Московской обл., шоссе Энтузиастов, 79, Союздорнии.

1. Общие положения

1.1. «Методическими рекомендациями по ремонту и усилению стыков и элементов железобетонных конструкций мостов» следует руководствоваться при усилении или ремонте «сухих», клееных и бетонируемых стыков составных конструкций, отдельных элементов (нижних и верхних плит, ребер) конструкции, а также при заделке трещин в бетонных и железобетонных конструкциях.

1.2. Ремонт или усиление стыков и отдельных элементов конструкций выполняют по проектам (чертежам), разработанным (или переработанным) с учетом требований глав СНиП 2.05.03-84, СНиП III-43-75 и настоящих «Методических рекомендаций» и согласованным с заказчиком.

1.3. Работы по усилению и ремонту стыков путем установки металлических шпонок разрешается выполнять как при положительных, так и при отрицательных температурах без прогрева стыков.

Работы по усилению и ремонту стыков путем установки полимерных шпонок, а также по усилению отдельных элементов путем устройства клеештыревого соединения для объединения старого и нового бетонов конструкции усиления при отрицательных температурах следует выполнять в местных или объемлющих тепляках.

1.4. При работах по усилению и ремонту стыков и элементов бетонных и железобетонных конструкций необходимо соблюдать правила техники безопасности, изложенные в главе СНиП III-4-80, в «Правилах техники безопасности и производственной санитарии при сооружении мостов и труб» (М., Минтрансстрой, 1969) и в «Указаниях по технике безопасности при работе с эпоксидными клеями» прил. 8 «Технических указаний по проектированию, изготовлению и монтажу составных по длине конструкций железобетонных мостов» ВСН 98-74 (М., Оргтрансстрой, 1975).

2. Конструкции усиления стыков и отдельных элементов (ребер и плит) пролетных строений и опор мостов

2.1. Рекомендуются следующие способы и конструкции усиления стыков (рис. 1):

если несущая способность стыка на действие поперечной силы недостаточна, то устанавливают металлические или полимерные шпонки только в ребрах балок. Количество шпонок определяют расчетом согласно разд. 3 настоящих «Методических рекомендаций»;

если в стыке имеются неплотности, непроклей, трещины или зазоры, но несущую способность стыка можно восстановить, то сверлят отверстия под шпонки, через которые в трещины и зазоры вводят эпоксидный клей. В этом случае шпонки устанавливают конструктивно через 50 - 100 см по периметру стыка.

Рис. 1. Конструкция усиления стыков установкой шпонок:

1 - дефектный стык; 2 - шпонка (металлическая или полимерная); 3 - каналы для предварительно напряженной арматуры

Рис. 2. Схемы усиления дефектных стыков бетонированием дополнительных элементов:

а - усиление ребер балки; б - то же, нижней плиты; в - то же, верхней плиты; 1 -дефектный стык; 2 - бетон усиления; 3 - скважина с вклеенным штырем

Усиление стыка верхней или нижней плиты конструкции путем установки шпонок, работающих на нормальные усилия, производят, как правило, в местах расположения каналов высокопрочной арматуры, так как в этих местах стыка очень сложно восстановить его несущую способность путем введения в зазоры (трещины) эпоксидного клея.

Если несущая способность стыка на действие нормальных, поперечных, главных сжимающих (растягивающих) усилий недостаточна или отдельные элементы конструкции имеют крупные дефекты в виде многочисленных трещин, сколов, лещадок и т.д., то бетонируют дополнительные элементы (ребра, плиты), объединенные с основной конструкцией (рис. 2). Расчет такой конструкции усиления приведен в разд. 3 настоящих «Методических рекомендаций».

2.2. В зависимости от усилия, которое необходимо передать шпонками, а также от температуры окружающего воздуха рекомендуется для усиления использовать (рис. 3):

круглые металлические шпонки, которые вклеивают непосредственно в просверленные отверстия, для усиления стыков, работающих на поперечные и нормальные усилия, как при отрицательных, так и при положительных температурах;

шпонки из отрезка трубы, отверстие которой заранее заполнено эпоксидным клеем, полимерным или обычным бетоном (такие шпонки устраивают вместо металлических в целях экономии металла);

плоские металлические шпонки, если круглые шпонки диаметром 60 - 80 мм не размещаются по периметру стыка стенки. Такие шпонки выполняют, просверливая два спаренных отверстия диаметром 50 - 60 мм, в которые вклеивают металлический лист. Плоские металлические шпонки рационально применять при положительных температурах воздуха;

шпонки из полимербетона (клея) для усиления стыков верхней или нижней плит, которые применяют только при положительных температурах воздуха.

2.3. При конструировании усиления с помощью бетонирования дополнительного элемента его размеры, а также количество штырей и глубину их вклеивания следует назначать расчетом (см. разд. 3).

Рис. 3. Конструкция усиления с помощью шпонок:

а - усиление верхней плиты балки; б - то же, ребер; 1 - дефектный стык; 2 - металлическая шпонка; 3 - шпонка из отрезка трубы, заполненной полимерным составом; 4 - плоская металлическая шпонка; 5 - линия среза бетона; 6 - полимерная шпонка; 7 - каналы для высокопрочной арматуры

Дополнительный элемент должен перекрывать ослабленный стык не менее чем на 1,5 м в обе стороны от стыка. При усилении нижней плиты коробчатой балки рекомендуется бетон усиления выполнять с вутами до 1/3 высоты ребер (см. рис. 2).

Глубину скважин для штырей и расстояние между штырями рекомендуется назначать не менее 10 диаметров штырей. Штыри следует располагать таким образом, чтобы расстояние от крайнего ряда штырей до грани железобетонного элемента было равно не менее чем 10 диаметрам штыря.

Диаметр скважин для штырей должен превышать в 1,2 - 2 раза диаметр штырей.

Штыри изгибают в виде скобы, вклеиваемой обоими концами в соседние скважины (рис. 4). Скобу необходимо заглублять в бетон усиления на расстояние А, равное не менее чем 7 диаметрам штыря и не менее 12 см. Ширину скобы bn определяют расчетом (см. разд. 3).

Рис. 4. Схема скобы, служащей для связи бетона усиления с ослабленной конструкцией:

1 - скоба; 2 - бетон усиления; 3 - бетон ослабленной конструкции; 4 - скважина, заполненная клеем; 5 - клеевая обмазка

3. Расчет конструкций усиления

3.1. «Техническими указаниями» ВСН 98-74 рекомендовано проверять стыки («сухие», клееные, бетонируемые) на сдвиг, как в стадии эксплуатации, так и в стадии монтажа по формуле

,                                                           (1)

где Q - наибольшее сдвигающее усилие в плоскости стыка;

mSh - коэффициент условий работы стыкового шва при сдвиге;

µf - коэффициент трения в стыковом шве;

Nd - расчетное усилие, обжимающее плоскость шва.

Этой формулой рекомендуется пользоваться и при расчете несущей способности стыков, усиливаемых в дальнейшем тем или иным способом.

3.2. При наличии непроклея в клееных стыках, недопустимых зазоров, неплотностей в клееных, «сухих» и бетонируемых стыках их несущую способность необходимо определять с учетом ослабления сечения стенок (за исключением площади ослабления непроклеем, зазорами и неплотностями и т.д.).

3.3. Если в стыке имеется клей с повышенной деформативностью (резиновый и ему подобный) и точно определить коэффициент трения в стыке трудно, его несущую способность рекомендуется рассчитывать по формуле (1).

Коэффициент трения в стыке µf принимают в зависимости от прочности клея σсц: при σсц = 0 µf = 0; при σсц  2,0 МПа µf = 0,55.

Промежуточные значения µf принимают по интерполяции.

3.4. При расчете на прочность нормальных сечений составных конструкций к расчетному сопротивлению бетона на прочность необходимо вводить коэффициент условий работы , учитывающий снижение прочности составных конструкций при «сухих» и клееных стыках (нагруженных до отверждения клея) вследствие концентрации напряжений в стыках, а при бетонируемых - вследствие разницы в прочности материалов балки и заполнения стыка.

3.5. Коэффициенты условий работы стыков разнятся незначительно и изменяются от 0,85 до 1. Расчеты клееных стыков, имеющих отдельные дефекты (непроклеи, пустоты, неплотности и т.д.), на нормальные силы показывают, что прочность конструкции, как правило, обеспечивается и при наличии этих дефектов.

Однако следует иметь в виду, что неплотности, трещины, зазоры в стыке резко изменяют его напряженное состояние. В местах плотного контакта стыкуемых поверхностей вследствие концентрации напряжений и возникновения местных силовых полей, возможно, появление трещин и выколов отдельных лещадок. Наличие неплотностей в местах расположения каналов приводит к возникновению трещин, расположенных, как правило, вдоль канала и возникающих в момент натяжения пучков. Поэтому необходимо восстанавливать плотность стыков (клееных, «сухих», бетонируемых) путем инъецирования эпоксидного клея.

3.6. Усилие, приходящееся на круглую шпонку (при расчете конструкции усиления на сдвиг, см. рис. 3), следует определять из условия смятия бетона под шпонкой и самой шпонки:

,

где N - усилие смятия от расчетной нагрузки;

φloc - коэффициент, принимаемый равным 0,75 (при равномерном распределении нагрузки φloc = 1;

Rb, loc - расчетное сопротивление бетона местному сжатию (смятию);

;

jloc1 - коэффициент, принимаемый равным 1,5;

Rbt - расчетное сопротивление бетона растяжению для бетонных конструкций;

Aloc - площадь смятия бетона под шпонкой; при работе шпонки на срез .

D - диаметр отверстия, просверленного под шпонку;

b - толщина усиливаемого элемента (ребра, плиты).

Учитывая, что нагрузка смятия бетона под шпонкой распределяется неравномерно, т.е. коэффициент φloc следует принимать от 1 до 0,75, формулу по определению усилия, приходящегося на шпонку, можно упростить:

,                                                        (2)

причем

.

3.7. Минимальное расстояние между шпонками (h) рекомендуется определять из условия скалывания бетона между ними:

,                                                           (3)

где Rb, cut расчетное сопротивление бетона срезу.

Сопротивление бетона непосредственному срезу можно принять Rb, cut = 0,1Rb.

В расчетах предварительно напряженных конструкций при обжатии стыка напряжением sby к расчетным сопротивлениям бетона осевому сжатию Rb и непосредственному срезу Rb, cut следует вводить коэффициент условий работы mb6:

а) для Rb

mb6 = 1,1 при 0,1Rb  by  0,2Rb;

mb6 = 1,2 ??by = 0,6Rb;

б) для Rb, cut

mb6 = 1 + 1,5??by/Rb, Sh при by  0,98 МПа;

mb6 = 1 + by/Rb, Sh при by = 2,94 МПа.

Для промежуточных значений by коэффициенты условий работы бетона принимают по интерполяции.

3.8. Усилия, действующие в самой шпонке, определяют из условия смятия бетона под шпонкой.

Металлические круглые шпонки на прочность не проверяют.

В шпонках, выполненных из отрезка трубы, отверстие которой заполнено полимерным или обычным бетоном, проверяют на прочность при сжатии бетон заполнения:

,

где d1 - внутренний диаметр отрезка трубы.

Полимербетонную или бетонную шпонку испытывают на сжатие так же, как шпонку из отрезка трубы.

3.9. Усилие, приходящееся на плоскую металлическую шпонку (см. рис. 3), определяют из условия смятия бетона под шпонкой по формуле

,

где l - ширина шпонки (упора).

Усилие, необходимое для смятия бетона или полимербетона под упором, определяют по формуле

.

Следовательно, прочность раствора заполнения или полимербетона должна быть в 1,2 раза выше, чем бетона конструкции, поэтому в качестве заполнения целесообразно применять полимербетон или клей на основе эпоксидных смол.