По верхней плите имеем раскрытие стыка (неплотности) до 2 мм, в стыке стенки - некачественно выполненный клей.
Керны, высверленные из стенки, показали при испытании на срез прочность 1,6 МПа.
Определяем несущую способность стыка по поперечной силе по формуле (1) настоящих «Методических рекомендаций»:
где mSh = 1,0,
mf = 0,47,
Сдвигающее усилие, которое необходимо передать шпонками, Qш = 5 - 2,69 = 2,31 МН.
Принимаем шпонки диаметром 60 мм.
Усилие, приходящееся на одну шпонку, определяем по формуле (2):
Rb, loc = 13,5jloc1Rbt = 13,5 · 1,5 · 1,25 = 30 МПа;
Количество шпонок, которые необходимо установить в стыке,
Минимальное расстояние между шпонками определяем по формуле (3):
Определим расчетное усилие скалывания:
На каждой стенке устанавливаем по четыре шпонки. Верхнюю и нижнюю шпонки устанавливаем на расстоянии 30 см от поверхности плит (минимальное расстояние от поверхности плит, где можно просверлить отверстие под шпонку сверлильным станком).
Для определения расстояния между шпонками из значения высоты балки вычитаем значение толщины плит и минимальные расстояния от поверхности плит до крайних шпонок:
h = 320 - 25 - 40 - 2 · 30 = 195 см;
Оптимальное расстояние между шпонками 65 см.
Несущую способность стыка верхней плиты восстанавливаем путем заполнения зазора эпоксидным клеем, а в местах расположения каналов устраиваем полимерные шпонки.
В верхней плите имеем каналы диаметром 90 мм, расположенные на расстоянии 120 мм друг от друга (см. рис. 1 и 3 данных «Методических рекомендаций»).
Нормальное сжимающее напряжение, действующее в месте расположения каналов в верхней плите, 10 МПа.
Длина зоны передачи усилия
l = 12 · 5 · 2 = 120 см.
Площадь зоны передачи усилия за вычетом площади ослабления каналами
Усилие, приходящееся на эту зону,
N1 = σbyFb.пл = 10 · 0,236 = 2,36 МН.
При количестве каналов, равном 10, можно установить между каналами минимально восемь шпонок, максимально двенадцать (по две шпонки справа и слева от крайних каналов).
При установке восьми шпонок .
В случае установки шпонок диаметром 60 мм (по аналогии со шпонками стенки) усилие, приходящееся на шпонку, определяем по формуле (4):
N′ = 0,06 · 0,25 · 30 = 0,45 МН.
Следовательно, принимаем восемь шпонок диаметром 60 мм, выполненных из эпоксидного клея (полимербетона).
Металлические шпонки на прочность не проверяем (см. п. 3.8).
Полимербетонные шпонки тоже не проверяем на прочность, так как при расчете шпонки на смятие Rb, loc = 30 МПа, что значительно меньше расчетного усилия полимербетона (см. п. 4.5).
Технология работ по устройству шпонок приведена в разд. 5 настоящих «Методических рекомендаций».
Приложение 2
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КЛЕЕШТЫРЕВОго СТЫКА МЕЖДУ БЕТОНОМ ОСЛАБЛЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ И БЕТОНОМ УСИЛЕНИЯ
Пример 1. Рассмотрим усиление клееного стыка составного по длине пролетного строения железобетонного моста (рис. 1 данного приложения). Клееный стык в зоне нижней плиты имеет неплотности, не поддающиеся инъецированию, площадью до 50 % площади нижней плиты. Бетон усиления класса В50 соединен с бетоном ослабленной конструкции штырями, вклеенными в бетон ослабленной конструкции; соприкасающиеся поверхности склеены.
Нормативные и расчетные усилия, действующие в клеештыревом стыке, определяем методом сечений из условия равновесия отсеченной части бетона усиления (рис. 2 данного приложения). Зная площадь ослабления стыка нижней плиты, бетон усиления будем рассчитывать на половину усилий, которые должна воспринимать нижняя плита балки в упругой стадии и предельном состоянии.
Нормативные усилия:
Mn = 12540 · 0,15 = 1881 кН · м.
Расчетные усилия:
Mс = 16500 · 0,15 = 2475 кН · м.
Расчет прочности на действие изгибающих усилий
Определим нормальные напряжения, действующие в плоскости клеештыревого стыка (плоскость a b c d на рис. 2 данного приложения):
Рис. 1. Схема усиления нижней плиты балки составного по длине пролетного строения в зоне дефектного стыка:
1 - бетон усиления; 2 - штыри диаметром 16 мм из арматурной стали кл. A-III; 3 - дефектный стык
Так как максимальные растягивающие напряжения не превышают расчетных (Rbt = 1,4 МПа), то расчет стыка на действие изгибающего момента в соответствии с п. 3.19 может быть на этом закончен.
Расчет прочности на действие сдвигающих усилий
На сдвигающие усилия сжатая часть клеештыревого стыка и сравнительно гибкие штыри работают в различной степени, поэтому в расчетах на сдвиг целесообразно учитывать (в запас прочности) только сжатую зону стыка. Тогда в соответствии с п. 3.15
Так как вычисленная сдвигающая сила превышает реактивную, вызванную силами адгезии, нужно увеличить длину бетона усиления до 3 м в каждую сторону от стыка. Количество штырей и глубину вклеивания их принимают в соответствии с п. 3.19.
Рис. 2. Схемы к определению усилий, действующих в клеештыревом стыке:
а - усилия, действующие на отсеченную по дефектному стыку часть балки; б - усилия, действующие на отсеченную часть бетона усиления; 1 - бетон усиления; 2 - дефектный стык; 3, 4 - эпюры нормальных напряжений в предельном состоянии по прочности и упругой стадии работы; а b с d - плоскость части (половины) клеештыревого стыка
Пример 2. Рассмотрим усиление клееного стыка, выполненного таким же образом, как описано в примере 1, но соприкасающиеся поверхности бетонов усиления и ослабленной конструкции не склеены. В этом случае сдвигающие усилия должны быть восприняты штырями. Принимаем штыри из арматуры класса A-III диаметром 25 мм, вклеенные в бетон ослабленной конструкции на глубину 25 см.
Усилия, действующие в клеештыревом стыке, будут такими же, как в примере 1.
Расчет прочности на действие сдвигающих усилий
Определим значение сдвигающей силы, воспринимаемой одним штырем, в соответствии с п. 3.20:
Sh 0,575 · 0,025 · 0,25 · 13,5 · 1,5 · 1,4 · 106 · 10-3 = 102 кН;
Sh 0,63 · 0,0252 · 350 · 106 · 10-3 = 138 кН;
Sh 2 · 0,152 · 1,4 · 106 · 10-3 = 63 кН.
Назначив расстояние между крайним рядом штырей и кромкой бетона усиления равным 0,225 м вместо 0,15 м, вычислим необходимое количество штырей для восприятия сдвигающей силы на каждой половине (разделенной дефектным стыком) бетона усиления:
Принимаем общее количество штырей равным 330 шт., размещая их на расстоянии 25 см (22 ряда по 15 шт. в ряду) в бетоне усиления длиной 2,85 м в каждую сторону от стыка.
Расчет прочности на действие изгибающих усилий выполняем в соответствии с пп. 3.20 и 3.16.
Принимаем: диаметр отверстий для вклеивания штырей 30 мм; содержание отвердителя в составе эпоксидного клея - 15 % массы смолы.
Определив коэффициент mg1 = 0,95 и вычислив
, подсчитываем значение коэффициента mb16:
Принимаем mb16 = 1.
Характеристика сжатой зоны бетона равна:
ω = 0,85 - 0,008 · 25 = 0,65.
Вычисление напряжений в штырях отсеченной части бетона усиления приведено в таблице.
|
Номер ряда (начиная счет от дефектного стыка) |
hoi, см |
Высота сжатой зоны бетона х, см |
|
|
|
с 1 по 9 |
72,5 |
26 |
0,81 |
350 |
|
10 |
47,5 |
26 |
0,19 |
186 |
|
11 |
22,5 |
26 |
-0,44 |
-350 |
Вычисляем высоту сжатой зоны бетона:
1 · 0,9 · 25 · 380x - 350 · 9 · 15 · 4,91 - 186 · 15 · 4,91 + 350 · 15 · 4,91 = 0;
х = 25,7 см.
Предельный изгибающий момент, воспринимаемый клеештыревым стыком, равен:
Мпред = 1 · 0,9 · 25 · 106 · 3,8 · 0,257 · 2,596 · 10-3 - 350 · 106 · 15 · 4,91??10-4 · (0,25 + 0,5 + 0,75 + 1 + 1,25 + 1,5 + 1,75 + 2 - 2,25 - 2,5) · 10-3 = 46088 кН · м.
В данном случае предельный изгибающий момент вычислен относительно центра тяжести первого ряда штырей. Изменение положения этой точки не приводит к изменению предельного момента. Как видим, расчетный изгибающий момент значительно меньше предельного:
Мс = 2475 << Мпред = 46088 кН · м.
В соответствии с п. 3.17 необходимо проверить глубину вклеивания штырей. Для этого вычислим напряжения в первом (от дефектного стыка) ряду штырей от расчетного изгибающего момента в предположении об упругой стадии работы клеештыревого стыка (рис. 3 данного приложения). Высоту сжатой зоны бетона находим из равенства статических моментов сжатой зоны бетона и всех штырей относительно нейтральной оси:
х = 46,5 см.
Приведенный момент инерции клеештыревого стыка равен:
Напряжения в первом ряду штырей равны:
Необходимая глубина вклеивания штырей при скалывающих напряжениях составляет:
по контакту «штырь-клей»
по контакту «штырь-клей-бетон»
Как видим, назначенная ранее глубина вклеивания штырей 25 см вполне достаточна.
Расчет трещиностойкости клеештыревого стыка выполняем в соответствии с п. 3.21.
Напряжения в первом ряду штырей от нормативного изгибающего момента
Раскрытие трещины в зоне первого ряда штырей составит:
Рис. 3. Расчетная схема к определению напряжений в арматуре в упругой стадии работы сечения:
1 - плоскость отсеченной части клеештыревого стыка (a b c d); 2 - центр тяжести штырей; 3 - центр тяжести первого ряда штырей
Приложение 3
ТАБЛИЦА ФУНКЦИИ ЛАПЛАСА
|
x |
φ(x) |
x |
φ(x) |
x |
φ(x) |
|
0,00 |
0,0000 |
1,00 |
0,3413 |
2,00 |
0,4772 |
|
0,05 |
0,0199 |
1,05 |
0,3531 |
2,05 |
0,4798 |
|
0,10 |
0,0398 |
1,10 |
0,3643 |
2,10 |
0,4821 |
|
0,15 |
0,0596 |
1,15 |
0,3749 |
2,15 |
0,4842 |
|
0,20 |
0,0793 |
1,20 |
0,3849 |
2,20 |
0,4861 |
|
0,25 |
0,0987 |
1,25 |
0,3943 |
2,25 |
0,4878 |
|
0,30 |
0,1179 |
1,30 |
0,4032 |
2,30 |
0,4893 |
|
0,35 |
0,1368 |
1,35 |
0,4115 |
2,35 |
0,4906 |
|
0,40 |
0,1554 |
1,40 |
0,4192 |
2,40 |
0,4918 |
|
0,45 |
0,1736 |
1,45 |
0,4265 |
2,45 |
0,4929 |
|
0,50 |
0,1915 |
1,50 |
0,4332 |
2,50 |
0,4938 |
|
0,55 |
0,2088 |
1,55 |
0,4394 |
2,55 |
0,4946 |
|
0,60 |
0,2257 |
1,60 |
0,4452 |
2,60 |
0,4953 |
|
0,65 |
0,2421 |
1,65 |
0,4505 |
2,65 |
0,4960 |
|
0,70 |
0,2580 |
1,70 |
0,4554 |
2,70 |
0,4965 |
|
0,75 |
0,2734 |
1,75 |
0,4599 |
2,80 |
0,4974 |
|
0,80 |
0,2881 |
1,80 |
0,4641 |
2,90 |
0,4981 |
|
0,85 |
0,3023 |
1,85 |
0,4678 |
3,00 |
0,4986 |
|
0,90 |
0,3159 |
1,90 |
0,4713 |
3,50 |
0,4998 |
|
0,95 |
0,3289 |
1,95 |
0,4744 |
4,00 |
0,4999 |
СОДЕРЖАНИЕ
|
Предисловие. 1 1. Общие положения. 1 2. Конструкции усиления стыков и отдельных элементов (ребер и плит) пролетных строений и опор мостов. 2 3. Расчет конструкций усиления. 6 4. Материалы.. 13 5. Оборудование. Технология устройства конструкций усиления. 14 6. Контроль качества и правила приемки конструкций усиления. 17 7. Выписка из указаний по технике безопасности при работе с эпоксидными клеями. 17 Приложение 1 Пример расчета и конструирования стыка, усиленного шпонками. 18 Приложение 2 Примеры расчета клеештыревого стыка между бетоном ослабленной конструкции и бетоном усиления. 20 Приложение 3 Таблица функции Лапласа. 24 |
