Методические рекомендации Методические рекомендации по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений автодорожных мостов при пропуске сверхнормативной нагрузки вероятностным методом


МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОЮЗДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ ПРИ ПРОПУСКЕ СВЕРХНОРМАТИВНОЙ НАГРУЗКИ ВЕРОЯТНОСТНЫМ МЕТОДОМ

Утверждены зам. директора Союздорнии

канд. техн. наук В.М. Юмашевым

МОСКВА 1989

Составлены на основе экспериментальных и теоретических исследований фактической несущей способности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных и городских мостов с учетом опыта применения методических рекомендаций.

Предложен вероятностный метод расчета сечений железобетонных элементов на прочность по изгибающему моменту и поперечной силе. Рекомендовано учитывать характер распределения несущей способности сечения по прочности при определении грузоподъемности пролетного строения.

Рассмотрены вопросы определения несущей способности сечений с нормальной трещиной и при наличии арматуры, пораженной коррозией.

Предложено ограничивать частоту пропуска сверхнормативных нагрузок в зависимости от ширины раскрытия трещин.

Приведена программа расчета на ЭВМ сечений изгибаемых железобетонных элементов.

Применение настоящих Методических рекомендаций позволит увеличить временные вертикальные нагрузки от подвижного состава на пролетные строения, рассчитанные по действующим и ранее разработанным нормам, с одновременным обеспечением требуемого уровня их надежности.

Предисловие

С развитием энергетической, химической и других отраслей промышленности обострилась проблема доставки тяжелых грузов (различных агрегатов, узлов, трансформаторов, парогенераторов и т.п. массой до 600??103 кг и более), которые по условиям монтажа и эксплуатации необходимо собирать в заводских условиях и транспортировать на объекты в состоянии максимальной заводской готовности. Этим обусловлено увеличение выпуска многоосных многоколесных автомобилей с прицепами и полуприцепами. Нагрузки, создаваемые грузами данного типа совместно с транспортными средствами, часто оказываются сверхнормативными для пролетных строений мостов и путепроводов. Причем количество сверхнормативных нагрузок, которые требуется пропустить по автодорожным мостам и путепроводам, возрастает в среднем на 10 % в год. Это вызывает необходимость оценивать возможность пропуска таких нагрузок по автодорожным мостам и путепроводам.

Принятая на практике методика расчета железобетонных конструкций мостов и путепроводов (по СНиП 2.05.03-84) и “Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов” ВСН 32-78 (М.: Транспорт, 1979) раздельно учитывают входящие в расчет случайные величины (прочностные характеристики материалов, временную вертикальную нагрузку и т.д.), не учитывая при этом характер распределения несущей способности сечений конструкции. Это приводит к завышению запаса прочности конструкций.

Настоящие Методические рекомендации основаны на расчете сечений изгибаемых железобетонных элементов методом статистических испытаний (методом Монте-Карло) и предусматривают оценку реальной грузоподъемности балок железобетонных пролетных строений автодорожных мостов и путепроводов как при эпизодическом (разовом), так и регулярном пропуске сверхнормативной нагрузки.

Применение Методических рекомендаций позволяет выявить и использовать резервы несущей способности железобетонных балок пролетных строений для воспринятия временной вертикальной нагрузки, т.е. увеличить временные вертикальные нагрузки на пролетные строения, рассчитанные по действующим и уже отмененным нормам, с одновременным обеспечением требуемого уровня их надежности.

В настоящих Методических рекомендациях приведены блок-схема, состав исходных данных и программа расчета сечений изгибаемых железобетонных элементов на прочность, написанная на языке Фортран, и необходимые для пользования программой характеристики прочностных свойств арматуры и бетона различных классов.

Методические рекомендации разработали инж. В.М. Чачанашвили и канд. техн. наук Б.П. Белов.

Замечания и предложения по данной работе просьба направлять по адресу: 143900, г.Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии.

1. Общие положения

1.1. Настоящие Методические рекомендации разработаны в развитие некоторых положений “Инструкции по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов” ВСН 32-78 и предназначены для оценки действительной грузоподъемности железобетонных пролетных автодорожных мостов с целью определить возможность эпизодического (разового) или регулярного пропуска сверхнормативной нагрузки.

1.2. Для оценки грузоподъемности пролетного строения предварительно определяют усилие от сверхнормативной нагрузки на одну балку (желательно современными пространственными методами расчета) и несущую способность в ее расчетных сечениях, т.е. предельное усилие, которое может воспринимать сечение из условия достижения предельного состояния по прочности и трещиностойкости.

1.3. Несущую способность сечений по прочности определяют вероятностным методом расчета, который устанавливает однозначное соответствие вероятности разрушения запасу прочности, учитывая при этом реальный совместный статистический разброс прочностных характеристик арматуры и бетона, параллельную работу всех рабочих стержней арматуры (ее многоэлементность) и документально зафиксированные данные обследования сооружения (геометрические размеры сечений, армирование, класс бетона, наличие и характер дефектов, снижающих грузоподъемность, и т.д.).

1.4. Несущую способность сечений по трещиностойкости определяют расчетом ширины раскрытия трещин в соответствии с п. 3.105-3.110 СНиП 2.05.03-84 и настоящими рекомендациями, принимая допустимую частоту обращения сверхнормативных нагрузок в зависимости от предельного значения расчетной ширины раскрытия трещин.

1.5. Регулярный пропуск сверхнормативной нагрузки возможен лишь в том случае, если грузоподъемность пролетного строения достаточна по условиям прочности и трещиностойкости.

Если грузоподъемность удовлетворяет лишь условию прочности, то допускается разовый пропуск сверхнормативной нагрузки. При этом фиксируется ширина раскрытия трещин. Если фактическая ширина раскрытия трещин не превышает допустимой по СНиП 2.05.03-84, регулярный пропуск сверхнормативной нагрузки может быть разрешен при условии периодической оценки (не реже 1 раза в месяц) состояния моста. В противном случае допустим лишь разовый пропуск такой нагрузки не чаще 1 раза в год при соответствующем наблюдении.

1.6. Скорость движения нагрузки по пролетному строению не должна, превышать 10 км/ч. Динамический коэффициент при этом рекомендуется принимать равным 1,0 /1/.

1.7. Коэффициент надежности по нагрузке рекомендуется принимать равным 1,0 в том случае, если точно известны масса перевозимого груза и транспортного средства и нагрузка на каждую ось. В противном случае коэффициент принимается, равным 1,1.

2. Определение расчетного сопротивления многоэлементной арматуры при расчете на прочность и его среднеквадратичного отклонения

2.1. Расчетное сопротивление многоэлементной арматуры R при расчете на прочность следует определять по формуле (15):

(1)

где - коэффициент, учитывающий повышение расчетного сопротивления арматуры в зависимости от числа стержней (проволок) в сечении и определяемый по табл. 1;

- расчетное сопротивление арматуры при числе стержней (проволок) ?? для ненапрягаемой арматуры , для напрягаемой .

Далее по тексту расчетное сопротивление арматуры при расчете на прочность принимают с учетом ее многоэлементности.

Таблица 1

для арматуры

Число

стержней

(проволок)

Стержни из стадии диаметром до 32 мм класса

Высокопрочная проволока гладкая и периодического профиля диаметром

А-I?? А-II

A-III?? A-IV

до 3-6 мм

1

1,00

1,00

1,00

10

1,06

1,06

1,05

15

1,14

1,17

1,12

20

1,18

1,22

1,16

24

1,19

1,24

1,17

32

-

-

1,18

48

-

-

1,20

120

-

-

1,22

200

-

-

1,23

400

-

-

1,24

1000

-

-

1,24

>1000

-

-

1,25

2.2. Среднеквадратичное отклонение сопротивления многоэлементной арматуры при расчете на прочность следует определять по формуле

(2)

6. Расчет по прочности несущей способности сечений, нормальных к продольной оси изгибаемых элементов, с нормальной трещиной

6.1. Расчет несущей способности тавровых, двутавровых и коробчатых сечений с нормальной трещиной с границей сжатой зоны, проходящей в ребре, должен выполняться из условия

(20)

при этом высоту сжатой зоны бетона с трещиной с учётом наличия многоэлементной арматуры следует определять по формуле

(21)

где - случайное значение высоты сжатой зоны бетона, определяемое из формулы (4) с учетом многоэлементности арматуры;

- высота сжатой зоны бетона?? определяемая также из формулы (4), но без учета многоэлементной арматуры и случайного характера прочностных характеристик арматуры и бетона (для этого в формулу (4) следует подставлять расчетные значения сопротивления материалов вместо их случайных значений);

- высота сжатой зоны бетона при наличии в сечении нормальной трещины.

6.2. При расчете сечений без трещины в формулы (20) и (21) и в программу расчета следует подставить значения (расчет по формулам (3) и (4)).

6.3. Высоту сжатой зоны бетона с нормальной трещиной следует определять /3/ из уравнения

(22)

где - эксцентриситет приложения усилия предварительного напряжения относительно центра тяжести предварительно напрягаемой арматуры с площадью сечения с учет о м момента от нормальных нагрузок;

(23)

- коэффициенты, характеризующие геометрические параметры сечения;

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

где - модуль упругости предварительно напрягаемой арматуры;

- модуль упругости бетона.

6.4. Расчет несущей способности элементов, армированных каркасной арматурой, производится аналогично.

7. Расчет по раскрытию трещин сечений с нормальной трещиной

7.1. Ширину раскрытия нормальных и наклонных к продольной оси трещин в железобетонных элементах, армированных ненапрягаемой арматурой, проектируемых (запроектированных) по категориям требований по трещиностойкости 2б, 3а, 3б и 3в, необходимо проверять по СНиП 2.05.03-84, принимая при этом высоту сжатой зоны в соответствии с разд. 6 настоящих Методических рекомендаций. Чтобы получить ?? необходимо в формуле (21) заменить высотой сжатой зоны . Величину следует определять по формуле (4) с учетом многоэлементности арматуры, подставляя вместо случайных значений сопротивлений материалов их расчетные значения.

7.2. Ширину раскрытия нормальных к продольной оси трещин в предварительно напряженных железобетонных элементах, проектируемых (запроектированных) по категориям требований по трещиностойкости 2б, 3а, 3б и 3в, следует определять по формуле

(29)

где- коэффициент раскрытия трещин, величина которого зависит от радиуса армирования; учитывает влияние бетона растянутой зоны, деформации арматуры, ее профиль и условия работы элемента; принимается по п. 3.109 СНиП 2.05.03-84;

- модуль упругости предварительно напряженной арматуры.

7.3. Частоту пропуска сверхнормативных нагрузок по автодорожным железобетонным балочным мостам в зависимости от ширины раскрытия трещин, полученной по расчетам, назначают по табл. 4

Таблица 4

Арматура

?? мм

Частота пропуска сверхнормативных нагрузок

Ненапрягаемая

0,30

Не ограничена

0,50

1 раз в год х)

Напрягаемая

0,15

Не ограничена

0,70

1 раз в год х)

_____________

х) С оценкой состояния моста 1 раз в год.

Примечание. - предельное значение расчетной ширины раскрытия трещины.

8. Расчет несущей способности сечений по прочности при поражении арматуры коррозией

8.1. Расчет сечений с пораженной коррозией арматурой производят с учетом уменьшения площади сечения арматуры по формулам (2)-(11), (16)-(20), (24)-(27), (29) настоящих Методических рекомендаций. Данный фактор учитывают при составлении исходных данных для программы расчета.

8.2. Степень поражения арматуры коррозией при отслоении защитного слоя рекомендуется устанавливать прямым измерением.

Глубину коррозии арматуры при ширине раскрытия трещин более 0,5 мм рекомендуется определять прямым измерением с вскрытием защитного слоя, а при ширине менее 0,5 мм - принимать равной 0,1 мм в год с момента образования трещины (за последний принимается год постройки моста).

9. Определение возможности пропуска сверхнормативной нагрузки по железобетонным балочным пролетным строениям автодорожных мостов