Admin

Усиление пролетных строений балочной системы внешним армированием

КАПТЕЛИН С.Ю., Петербургский государственный университет путей сообщения, канд. техн, наук

В мостовых конструкциях пролетных строений балочной системы, работающих на изгиб, возникают усилия двух видов — изгибающие моменты и поперечные усилия, совместное действие которых приводит к появлению в балках нормальных, касательных и главных напряжений, действующих под углом к продольной оси конструкции.
На рис. 1 приведены траектории действия главных напряжений в балке при деформации изгиба.
Главные растягивающие напряжения являются причиной образования наклонных трещин в приопорных зонах железобетонных балок или усталостных трещин в стенках металлических балок. Они приводят, в свою очередь, к потере местной устойчивости стенок сталежелезобетонных (металлических) балок или разрушению стенок железобетонных балок по сжатой полосе между наклонными трещинами.
Главные напряжения при плоском напряженном состоянии определяются по формуле [1]




Как видно, требуемая сила предварительного натяжения каната зависит от эксцентриситета места его закрепления на балке по отношению к нейтральной оси и угла наклона каната к оси балки.
Кроме того, следует учитывать потери напряжений в арматурных канатах, регламентируемые нормами проектирования. Они происходят в процессе натяжения арматурных канатов от деформации анкеров, смещения арматурного каната относительно анкерной обоймы при запрессовке трехлепестковых цанг, трения на огибающих устройствах. На стадии эксплуатации возникают потери от релаксации напряжений в канатах, изменения температуры, ползучести бетона в железобетонных балках.
Проверка несущей способности статически неопределимых конструкций, усиленных внешним армированием, может выполняться с помощью программ, основанных на методе конечных элементов.
В практике строительства уже реализован целый ряд проектов усиления железобетонных, стальных и сталежелезобетонных пролетных строений мостовых переходов внешним армированием [2]: в 1993 г. усилен Нагатинский метро-мост в Москве; в 1994 г. коллективом сотрудников «Союз-дорНИИ» успешно произведено усиление двух железобетонных балочных мостов в Нижегородской области [3]; в 2002 г. по проекту института «Строй проект» внешним армированием усилены железобетонные конструкции постоянных пролетов моста Александра Невского в Санкт-Петербурге.
Большой опыт применения внешнего предварительного напряжения конструкций пучками в защитной полимерной оболочке накоплен строительной компанией ООО «Современные технологии строительства». Пять железобетонных балок путепровода (пролетом 32 м) на 37 км + 280 федеральной автодороги М18 «Кола» усилены шпренгельными пучками из четырех канатов номинальным диаметром 15,2 мм.
Пучки, передающие усилие на торцы балок, заанкерены в металлических упорах (рис. 5). Полигональное очертание шпренгельных пучков внешнего армирования увеличивает эффективность противодействия главным растягивающим напряжениям. Каждая балка усилена двумя пучками в полимерной оболочке. Пучки установлены в полиэтиленовые трубы, что устраняет опасность старения полимерной оболочки канатов под воздействием ультрафиолетового облучения.
При реконструкции сталежелезобетонного моста через р. Молома на 339 км федеральной автодороги «Вятка» произведено усиление главных балок пролетного строения без выправления прогиба установкой шпренгельных пучков из девяти канатов номинальным диаметром 15,7 мм. По оси каждой главной балки под нижним поясом установлено по одному шпренгельному пучку. Анекрный упор шпренгельного пучка из девяти канатов 1x7 установлен по оси главной балки. В зоне присоединения упора стенка балки была усилена косынками для предотвращения потери местной устойчивости (рис. 6, а). По всей длине шпренгельный пучок заключен в металлическую трубу. После натяжения анкерные узлы были закрыты стальным защитным кожухом (рис. 6, б).
В целях увеличения несущей способности Новоарбатского моста через р. Москва выполнено усиление главных балок неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения по схеме 72,6 + 108,0 + 72,6 м. Каждая из 12 балок переменной высоты усилена шпренгельными пучками из 12 канатов номинальным диаметром 15,2 мм в антикоррозионной защитной оболочке. На средних балках симметрично вертикальной стенке установлены два преднапряженных пучка, на крайних — по одному. Пучки расположены на поясах главных балок в специальных направляющих каналах (рис. 7, а).
Канаты каждого пучка натягивались по одному на фиксированное проектное усилие однопрядевым домкратом МДГ200-1. Для фиксации усилия натяжения использованы специальные анкеры, анкерные плиты и железобетонные упоры (рис. 7, б). В пределах анкерного узла пучок защищен от коррозии инъекцией смазки ЦИАТИМ-203 по ГОСТ 8773. Оставлены изолированные технологические «хвосты» для возможности последующей регулировки усилия натяжения.
Успешный опыт применения шпренгельного армирования при капитальном ремонте сталежелезобетонного пролетного строения моста через р. Западная Двина в г. Вележ Смоленской области имеет ООО «НПП СК МОСТ». Пучками из канатов в оболочке диаметром 15,2 мм производства компании «Северсталь-Метиз», установленными и натянутыми вдоль нижнего пояса главных балок, устранен сверхнорма
тивный прогиб пролетного строения.


Основными достоинствами технологии усиления пролетных строений мостовых сооружений внешним армированием пучками в защитной полимерной оболочке являются сжатые сроки производства работ и возможность их выполнения без перерывов в движении транспорта.
Шпренгельное армирование позволяет продлить срок службы пролетных строений балочной системы, увеличивая их выносливость и трещиностойкость при значительно меньших капитальными затратах, чем при усилении традиционным методом добавления материала или реконструкции с заменой пролетных строений.
Применение внешнего армирования дает возможность устранить сверхнормативные прогибы балок, что особенно актуально на железнодорожных мостах, к которым предъявляются высокие требования по жесткости пролетных строений.
Шпренгельное армирование позволяет увеличить несущую способность пролетных строений балочной системы, что очень важно в связи с необходимостью реконструкции мостовых сооружений на сети, не соответствующих современным нагрузкам.
Существенным эксплуатационным достоинством шпренгельного внешнего армирования является возможность постоянного контроля усилия натяжения канатов, что обеспечивает надежность пролетных строений.

Список источников

1. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Т. 1. Сопротивление материалов с элементами теории сплошных сред и строительной механики. М.: Наука, 1975. 832 с.
2. Каптелин С.Ю., Марченко М.С. Предварительное напряжение балочных пролетных строений // Путь и путевое хозяйство. 2020. № 9. С. 25-28.
3. Опыт уширения габаритов и усиления балочных железобетонных пролетных строений мостов / Ю.Н. Саканский, С.В. Семенов, В.В. Архипов, Д.Н. Насонов // Автомобильные дороги. 1995. № 3—4. С. 13-15.