Расчет жесткого упора (плоской металлической шпонки) на срез заключается в подборе толщины листа ():
,
где RSC - расчетное сопротивление стали сжатию.
Если условие l/d < 16 не выполняется, то толщину упора увеличивают.
Расчет упора на действие момента заключается в определении напряжений в стали, возникающих в месте защемления (заделки шпонки), и сравнении их с расчетными сопротивлениями стали:
,
где М - момент, возникающий в месте заделки шпонки;
;
W - момент сопротивления шпонки;
.
3.10. Усилие, приходящееся на шпонку, при расчете конструкции усиления на нормальные силы (см. рис. 3) определяют из условия смятия бетона под шпонкой и самой шпонки по формуле
,
где N′ - усилие смятия от действия расчетной нагрузки;
- площадь смятия бетона под шпонкой.
При работе шпонки на нормальные силы определяется по формуле
,
Учитывая неравномерное обжатие бетона под шпонкой, площадь смятия можно принять:
,
а усилие, приходящееся на шпонку,
. (4)
3.11. Минимальное расстояние между шпонками, определяемое в общем случае из условия работы бетона на смятие, равно диаметру отверстия Д при одинарных шпонках и ширине l при спаренных.
Учитывая, что шпонки в стыке рекомендуется устанавливать в основном только в местах расположения каналов, расстояние между шпонками в этом случае принимают равным расстоянию между каналами.
Зная расстояние между шпонками и усилие, которое необходимо передать в этом месте стыка, подбирают диаметр шпонки. Рекомендуемый диаметр шпонок - 50 - 60 мм; если шпонка такого диаметра не обеспечивает передачу нормального усилия, то переходят на удвоенные (утроенные) шпонки.
Шпонки диаметром свыше 80 мм не рекомендуется применять по следующим соображениям:
при сверлении в стыке отверстия диаметром 50 - 60 мм, как правило, не затрагивается арматура конструкции, потому что в этом случае шпонка располагается в защитном слое арматуры;
отверстие сверлится в бетоне, а не в железобетоне, при этом арматура конструкции не перерезается, конструкция не ослабляется и не требуются большие затраты времени, труда и материалов (коронок).
3.12. При необходимости устройства усиления в условиях отрицательных температур рекомендуется использовать или металлические шпонки, или шпонки из отрезка трубы, отверстие которой заполнено полимерным составом, или полимерные шпонки, изготовленные заранее и вклеенные затем в отверстия на месте работы.
Примеры расчета приведены в прил. 1 настоящих «Методических рекомендаций».
3.13. При устройстве усиления бетонированием дополнительного элемента его размеры назначают расчетом по действующим нормативным документам. Долю усилий, приходящуюся на дополнительный элемент, определяют в каждом конкретном случае с учетом фактического ослабления конструкции. Дополнительный элемент должен быть надежно связан с основной конструкцией клеештыревым стыком.
3.14. Так как в клеештыревом стыке, соединяющем бетон усиления с бетоном ослабленной конструкции, могут действовать сдвигающие силы Fh, изгибающий момент М и нормальные силы N, с их учетом стык должен быть рассчитан по первому предельному состоянию на прочность и третьему предельному состоянию на трещиностойкость в соответствии с пп. 3.15 - 3.21.
Примеры расчета приведены в прил. 2 настоящих «Методических рекомендаций».
3.15. Прочность клеештыревого стыка при действии сдвигающих усилий должна обеспечиваться адгезионными силами, действующими на участке стыка, не подверженном растяжению:
,
где - часть площади стыка со средними нормальными (к стыку) напряжениями сжатия.
Расчетное сопротивление Rb, cut следует принимать с учетом обжатия стыка напряжениями, нормальными к нему, вводя коэффициент условий работы mb6, принимаемый в соответствии с главой СНиП 2.05.03-84 (см. п. 3.7).
3.16. Расчет прочности клеештыревого стыка при действии изгибающих и нормальных усилий проводят по общим формулам расчета железобетонных конструкций (см. главу СНиП 2.03.01-84), вводя коэффициент условий работы mb16:
;
;
,
где М - в изгибаемых элементах - проекция момента внешних сил на плоскость, перпендикулярную прямой, ограничивающей сжатую зону сечения; во внецентренно-сжатых и внецентренно-растянутых элементах - момент нормальной силы N относительно оси, параллельной прямой, ограничивающей сжатую зону и проходящей: во внецентренно-сжатых элементах - через центр тяжести сечения наиболее растянутого или наименее сжатого штыря, во внецентренно-растянутых элементах - через точку сжатой зоны, наиболее удаленную от указанной прямой;
Sb, Ssi - статический момент площади сечения соответственно сжатой зоны бетона и i-го штыря относительно соответствующей оси из указанных выше (в изгибаемых элементах положение этой оси принимают таким же, как и во внецентренно-сжатых);
ssi - напряжение в i-м штыре; Rsi ³ si ³ -Rsci;
, Asi - площадь соответственно сжатой зоны бетона и i-го штыря;
ssc, u - предельное напряжение в арматуре cжатой зоны;
??, i - соответственно характеристика и относительная высота сжатой зоны бетона;
mb16 - коэффициент условий работы клеештыревого стыка, учитывающий уменьшение прочности, обусловленное повышенной деформативностью его (принимают не более 1);
;
?? - коэффициент раскрытия трещин, принимается в соответствии с главой СНиП 2.05.03-84;
mg1 - коэффициент условий работы вклеенного в бетон штыря (табл. 1);
gg - возможное максимальное смещение вклеенного в бетон штыря при напряжениях в штыре 300 МПа; gg = 0,016 см при числе штырей в стыке менее 10 и gg = 0,014 см при 10 штырях и более;
gb - то же, штыря, омоноличенного бетоном; gb = 0,012 см при числе штырей в стыке менее 10 и gb = 0,01 см при 10 штырях и более.
3.17. Рассчитывая клеештыревой стык по первому предельному состоянию на прочность, необходимо вычислить глубину вклеивания штырей (L) и ширину скобы (bn):
Таблица 1
|
Количество отвердителя, % массы смолы |
Коэффициент условий работы штыря mg1 при толщине слоя клея, мм |
|||||
|
|
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
|
15 |
0,95 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,05 |
|
20 |
2,10 |
2,4 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
3,50 |
|
25 |
8,10 |
8,5 |
8,9 |
9,3 |
9,8 |
10,20 |
|
30 |
17,50 |
18,1 |
18,7 |
19,2 |
19,7 |
20,30 |
где d - диаметр штыря;
D - диаметр цилиндра, по поверхности которого возможно скалывание при выдергивании штыря из бетона;
??gu, KgV - соответственно среднее значение и коэффициент однородности предельных скалывающих напряжений, воспринимаемых слоем клея (табл. 2);
mg2 - коэффициент условий работы, зависящий от состава клея и глубины вклеивания штыря (табл. 3).
Таблица 2
|
Соединение |
Значение поперечного к штырям сжимающего напряжения, действующего в зоне стыка, МПа |
Предельное скалывающее напряжение |
Коэффициент однородности KgV |
|
|
|
|
среднее значение, МПа, gu |
среднеквадратичное отклонение, МПа, gV |
|
|
Клей-бетон |
0 |
6,0 |
1,0 |
0,50 |
|
|
4 |
9,3 |
2,1 |
0,32 |
|
Штырь-клей |
0 |
20,0 |
1,8 |
0,73 |
|
|
4 |
24,3 |
3,0 |
0,63 |
Таблица 3
|
Количество отвердителя, % массы смолы |
Коэффициент условий работы mg2 при глубине вклеивания штыря, см |
||||
|
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
10 |
1,10 1,10 |
0,95 0,95 |
0,80 0,80 |
0,65 0,65 |
0,55 0,55 |
|
15 |
1,10 1,00 |
0,95 0,85 |
0,80 0,70 |
0,65 0,60 |
0,55 0,50 |
|
20 |
1,10 0,75 |
0,95 0,65 |
0,80 0,55 |
0,65 0,45 |
0,55 0,40 |
|
25 |
0,90 0,45 |
0,75 0,38 |
0,60 0,30 |
0,50 0,25 |
0,40 0,25 |
|
30 |
0,55 0,25 |
0,50 0,25 |
0,35 0,20 |
0,25 0,20 |
0,20 0,20 |
Примечание. Над чертой - для соединения «клей-бетон», под чертой - «штырь-клей».
Глубину вклеивания штырей определяют дважды, задаваясь скалывающими напряжениями, воспринимаемыми слоем клея по контактам «клей-бетон» и «штырь-клей».
Необходимую ширину скобы (bn), заанкеренную в бетоне усиления (см. рис. 4), определяют по формуле
.
3.18. При увеличении числа штырей в стыке допускается назначать меньшую, чем требуется по п. 3.17, глубину их вклеивания:
,
где nsup - количество дополнительно устанавливаемых в стыке штырей;
n - необходимое количество штырей в стыке, определенное расчетом по п. 3.16;
j(R) - функция Лапласа (прил. 3 настоящих «Методических рекомендаций»);
Rgu, RgV - соответственно среднее значение и среднеквадратичное отклонение прочности анкеровки штыря;
;
??gV - среднеквадратичное отклонение предельных скалывающих напряжений, воспринимаемых слоем клея (см. табл. 2).
3.19. Если в стыке действуют только сдвигающие усилия или растягивающие напряжения не превышают предела прочности бетона при растяжении, то расчет стыка можно вести в соответствии с п. 3.15, назначая количество штырей в стыке конструктивно (шаг между штырями - 20 - 30 см, глубина вклеивания - 10 - 15 диаметров штыря).
3.20. При отсутствии адгезионных сил (склеивание бетона усиления с бетоном ослабленной конструкции не предусмотрено или есть сомнение в возможности выполнить качественное склеивание) расчет на действие изгибающих и нормальных усилий провопят в соответствии с п. 3.16, вводя к расчетному сопротивлению бетона коэффициент условий работы mb10 = 0,9 (сдвигающие усилия должны быть восприняты штырями).
Значение предельной сдвигающей силы, воспринимаемой штырем (Sh, кН), определяют по формуле
Sh 0,575dLRb, loc = (7 10)d
или, при глубине вклеивания штырей не менее чем вычисленная по п. 3.17, по формуле
.
Кроме того, значение предельной сдвигающей силы должно быть проверено по условиям среза штыря и выкалывания бетона крайним рядом штырей по формулам:
Sh 0,63d2RS;
Sh 2c2Rbt,
где С - расстояние от кромки бетона;
Rb, loc, Rbt - расчетное сопротивление бетона соответственно смятию и растяжению.
3.21. Расчет клеештыревого стыка по третьему предельному состоянию на трещиностойкость выполняют по формуле
,
где acr - величина раскрытия отдельных трещин, см;
Gs - напряжение в крайнем ряде штырей от нормативных нагрузок, МПа;
Dcr - наибольшее раскрытие трещин (принимают в соответствии с главой СНиП 2.05.03-84).
4. Материалы
4.1. Для изготовления штырей и для армирования бетона усиления используют арматурную сталь диаметром 12 - 25 мм классов A-II и A-III.
4.2. В конструкции усиления следует применять бетон классов по прочности при сжатии не чиже В30.
4.3. Для металлических шпонок рекомендуется применять сталь марок ВМССт.3сп и ВКСт.3сп по ГОСТ 380-71 или другие стали, по прочностным показателям не уступающие этим сталям.
Для шпонок, выполненных из отрезка трубы, отверстие которой заполняется бетоном или полимербетоном, рекомендуется применять стальные трубы (ГОСТ 3262-75).
4.4. Для вклеивания шпонок и штырей рекомендуется применять эпоксидный клей. Составы и способ приготовления клея изложены в приложениях 6, 7, 8 «Технических указаний по проектированию, изготовлению и монтажу составных по длине конструкций железобетонных мостов» ВСН 98-74.
4.5. Для устройства полимерных шпонок используют полимербетон на основе эпоксидных смол.
Приготовление полимербетонной смеси состоит из двух операций: приготовления связующего и смешивания связующего с заполнителями.
В качестве связующего используют клей, составы которого приведены в «Технических указаниях» ВСН 98-74. Приготавливают их так же, как и клей для склеивания конструкций.
Приготовленное связующее (клей) добавляют в смесь заполнителей (щебень и песок) или в заполнитель (песок).
Во избежание преждевременного загустевания связующего промежуток времени от начала введения отвердителя до смешивания связующего с заполнителем не должен превышать 15 - 20 мин.
Полимербетонную смесь готовят в мешалке принудительного перемешивания при большом объеме работ или вручную при небольших объемах работ (до 50 л); составляющие перемешивают до достижения смесью однородного цвета.
В качестве мелкого заполнителя используют природные или искусственные пески (ГОСТ 10268-80) в количестве от 200 по 600 мас. ч на 100 мас. ч эпоксидной смолы или смесь песка и щебня в том же количестве.
В качестве крупного заполнителя используют щебень двух фракций - 5 - 10 мм и 10 - 20 мм, соотношение между фракциями принимают по ГОСТ 10268-80.
