Рисунок Ш.2 — Усилия и напряжения в сталежелезобетонном поперечном сечении, воспринимающем отрицательный изгибающий момент

Таблица Ш.2

Значения коэффициента  при N/A_smR_y, равном

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,7

1,0

1,0

1,0

0,98

1,0

0,94

1,0

0,90

1,0

0,87

1,0

0,81

0,99

0,75

0,98

0,67

0,96

0,58

0,95

0,45

0,92

0,28

0,88

0,52

0,83

0,68

0,75

0,76

0,63

0,82

0,2

1,0

1,0

1,0

0,97

1,0

0,92

1,02

0,87

1,03

0,80

1,04

0,70

1,05

0,57

1,06

0,38

1,07

0,49

1,06

0,61

1,05

0,72

1,02

0,82

0,99

0,91

0,90

0,99

0,75

1,05

0,4

1,0

1,0

1,04

0,90

1,08

0,8

1,12

0,67

1,14

0,52

1,16

0,34

1,19

0,53

1,20

0,68

1,21

0,84

1,20

0,98

1,18

1,12

1,16

1,22

1,13

1,30

1,09

1,38

1,04

1,42

0,6

1,0

1,0

1,10

0,84

1,19

0,64

1,28

0,40

1,35

0,56

1,40

0,75

1,44

0,95

1,46

1,13

1,47

1,30

1,46

1,45

1,45

1,58

1,42

1,69

1,39

1,76

1,35

1,84

1,30

1,90

0,8

1,0

1,0

1,20

0,61

1,39

0,51

1,55

0,84

1,70

1,12

1,83

1,36

1,93

1,60

1,98

1,86

2,00

2,08

2,02

2,29

2,01

2,47

1,99

2,52

1,97

2,50

1,91

2,46

1,84

2,38

1,0

1,0

1,0

1,29

1,29

1,63

1,63

2,04

2,04

2,47

2,47

2,86

2,86

3,20

3,20

3,38

3,38

3,49

3,49

3,56

3,56

3,57

3,57

3,53

3,53

3,43

3,43

3,29

3,29

3,05

3,05

Примечания

1 Случаи А, Б и В следует принимать по Ш.1.1, Г и Д — по Ш.1.3.

2  — меньший по площади пояс стальной балки.

3 Над чертой приведены значения h для случая, когда напряжения от момента и осевой силы суммируются в меньшем по площади поясе стальной балки; под чертой — для случая, когда напряжения от момента
и осевой силы суммируются в большем по площади поясе стальной балки.

4 Нормальную силу N следует принимать растягивающей стальную балку при сжимающих напряжениях
в железобетонной плите и сжимающей стальную балку — при растягивающих напряжениях в железо­бетонной плите и арматуре (в формулы силу в обоих случаях необходимо подставлять со знаком «плюс»).

Ш.1.2 При расположении нейтральной оси сечения в пределах высоты железобетонной плиты
и напряжениях в растянутой части плиты, превышающих  по 9.1.7 и 9.1.8, в состав сечения следует включать только сжатую часть бетона. Проверку прочности сечения следует выполнять с учетом неравномерного распределения напряжений по высоте железобетонной плиты.

Ш.1.3Расчет сталежелезобетонной балки на воздействие отрицательного изгибающего момента, вызывающего в верхнем поясе растяжение, следует выполнять по формулам таблицы Ш.3 по одному из расчетных случаев Г или Д (рисунок Ш.2) в зависимости от значения напряжения в бетоне  на уровне центра тяжести железобетонной плиты.

Таблица Ш.3

Критерии и проверки

Формулы для критериев и проверок прочности в расчетных случаях

Г

Д

Критерии:

 

 

соотношения жесткостей

—

напряжений в бетоне*

Проверки:

 

 

напряжений в продольной арматуре железобетона*

—

стального верхнего пояса*

стального нижнего пояса*

* Сжатие — «+», растяжение — «–».

Примечание — Обозначения:

— см. обозначения к таб­лице Ш.1;

, — соответственно площадь, момент сопротивления и момент инерции попереч­ного сечения нетто стальной конструкции балки, работающей совместно с продольной арматурой пло­щадью  (приведенной к материалу стальной конструкции); 

— расстояния по рисунку Ш.2;

 — поправочный коэффициент, принимаемый не менее 1,0;

 — коэффициент условий работы верхнего стального пояса, принимаемый не более 1,2.

 

 

Ш.1.4 Расчет по прочности более сложных сечений (например, напрягаемых высокопрочной арматурой, двухплитных, при совместном действии изгибающего момента и внешней осевой силы) следует выполнять с учетом их напряженного состояния и конструктивных особенностей, руководствуясь указаниями Ш.1.1 – Ш.1.3.

Для сечения с высокопрочной арматурой усилия предварительного напряжения следует учитывать на стадии натяжения арматуры как внешнюю нагрузку. На последующих стадиях работы при определении разгружающих усилий N высокопрочную арматуру следует учитывать с бетоном и ненапрягаемой продольной арматурой, при этом необходимо дополнительно выполнить проверку прочности высокопрочной арматуры. В случае Д высокопрочную арматуру следует проверять с учетом увеличения усилия в ней при ограниченном развитии пластических деформаций в стальной конструкции.

При действии на сечение наряду с изгибающими моментами  также внешних осевых усилий  следует учитывать дополнительные изгибающие моменты, возникающие от изменения положения центра тяжести рассматриваемой части сечения.

Ш.1.5 Расчет по прочности сечений с железобетонной плитой, работающей на местный изгиб
в продольном направлении, следует выполнять для расчетных случаев А, Б, В, Г и Д, при этом плиту в случаях Б, В и Д необходимо рассчитывать по предельному равновесию как внецентренно сжатый или внецентренно растянутый железобетонный стержень в соответствии с П.1.4.1, П.1.4.2, П.1.4.4, П.1.4.5, П.1.6.1 и 11.1.12, а в расчете всего сечения следует учитывать разгрузку стальной его части равнодействующей сжимающих или растягивающих продольных сил, воспринимаемых плитой.    

Ш.2  Расчет на выносливость

Ш.2.1Расчет на выносливость следует выполнять: для стальной и железобетонной частей конструкции, а также для конструкций объединения железобетона со сталью железнодорожных мостов; только для стальной части конструкции и креплений конструкций объединения автодорожных, городских и пешеходных мостов. При этом высокопрочную арматуру, имеющую сцепление с бетоном, следует относить к железобетонной части, арматуру, не имеющую сцепления, — к стальной.

В расчетах на выносливость следует учитывать неупругие деформации бетона согласно 11.1.5 – 11.1.7 и приложению Х.

Температурные воздействия, усадку бетона и горизонтальные нагрузки в расчетах на выносливость допускается не учитывать.

В состав сечения при определении  следует включать ту часть бетона, в которой при рассматриваемом загружении отсутствует растяжение.

Проверку выносливости следует выполнять с учетом требований, изложенных в П.1.11 и Ф.3.

Ш.2.2 Расчет на выносливость сталежелезобетонной балки железнодорожного моста с ненапрягаемой арматурой в железобетонной части сечения следует выполнять по формулам:

                                                      (Ш.1)

                                         (Ш.2)

                                        (Ш.3)

где — изгибающий момент первой стадии работы, кН×м, от нагрузок, учитываемых в расчетах на выносливость;

— изгибающий момент второй стадии работы, кН×м, от нагрузок, учитываемых в расчетах на выносливость, включая изгибающие моменты от виброползучести бетона в статически неопределимых системах;

— момент сопротивления нетто сталежелезобетонного сечения для фибры  м³, определенный при коэффициенте приведения бетона к стали

здесь — условный модуль упругости бетона с учетом его виброползучести по приложению Х;

— коэффициент условий работы бетона под многократно повторяющейся нагрузкой по 9.1.9.

Остальные обозначения соответствуют принятым в П.1.11.4, Ф.3.1, Ш.1 и на рисунке Ш.1.

При наличии концентраторов напряжений на стенке балки следует проверить выносливость
и этих точек сечения с подстановкой в формулы (Ш.2) и (Ш.3) соответствующих значений моментов сопротивления и коэффициента

Ш.3  Расчет по трещиностойкости

Ш.3.1 Расчет железобетонных плит по трещиностойкости при совместной работе со стальными конструкциями следует выполнять в соответствии с требованиями приложения П и 11.1.11. При этом в расчетах по образованию трещин предельные значения растягивающих и сжимающих напряжений в бетоне следует сопоставлять с напряжениями в крайней фибре бетона  упруго работающего сталежелезобетонного сечения, вычисленными от эксплуатационных нагрузок с учетом на стадии эксплуатации неупругих деформаций согласно 11.1.5.

В расчетах по раскрытию трещин напряжения в крайнем ряду продольной арматуры следует вычислять с учетом увеличения ее площади по 11.1.11 и потерь напряжения от неупругих деформаций. При ненапрягаемой продольной арматуре и работе сечения по двум стадиям растягивающее напряжение  следует вычислять по формуле

                                  (Ш.4)

где — изгибающий момент второй стадии работы от эксплуатационных нагрузок, определяемый для статически неопределимых систем с учетом ползучести бетона, обжатия поперечных швов, образования поперечных трещин в растянутых зонах железобетонной плиты, а также усадки бетона и изменения температуры; остальные обозначения —
по 11.1.11, Ш.1.1, Ш.1.3 и рисунку Ш.2.

Ш.3.2 Раскрытие трещин (при двух стадиях работы) в растянутой сборной железобетонной плите, у которой ненапрягаемая арматура в поперечных швах не состыкована, следует определять по формуле

                                                 (Ш.5)

где    — расстояния, указанные на рисунке Ш.2;

          — растягивающее напряжение в стальном верхнем поясе от нагрузок и воз­действий второй стадии работы в предположении, что железобетонная плита в растянутой зоне отсутствует, МПа;

               — расстояние между конструкциями объединения у поперечных швов, м; при отсутствии конструкций объединения — длина блока плиты;

— предельная ширина раскрытия трещин в поперечном шве, имеющем арматуру для передачи поперечной силы; при отсутствии в шве арматуры  следует вычислять в предположении, что поперечная сила через шов не передается.

При устройстве клеевых швов трещиностойкость железобетонной плиты в железнодорожных мостах следует проверять по категории требований по трещиностойкости 2а; при проверке трещиностойкости железобетонной плиты в автодорожных, городских и пешеходных мостах величина растягивающих напряжений не должна превышать  (по таблице 23).

При использовании клееных стыков в предварительно напряженной железобетонной плите ее трещиностойкость следует принимать по 9.5.1.

Ш.4 Расчет объединения железобетонной плиты со стальной конструкцией

Ш.4.1 Конструкции объединения следует рассчитывать на сдвигающие усилия  в объединительном шве от поперечных сил и продольное сдвигающее усилие  возникающее от температурных воздействий и усадки бетона, анкеровки высокопрочной арматуры, воздействия примыкающей ванты или раскоса и т. д.

Конструкции объединения, расположенные на концевых участках железобетонной плиты, следует рассчитывать, кроме того, на отрывающие усилия, в том числе возникающие от температурных воздействий и усадки бетона.

Ш.4.2 Сдвигающее усилие по шву объединения железобетонной плиты и стальной конструкции S_i следует определять по формуле

                                   (Ш.6)

где — напряжения в центре тяжести поперечного сечения бетона, МПа, соответственно в правом и левом сечениях расчетного участка плиты длиной а_i;

— напряжения в продольной арматуре, МПа, соответственно в тех же сечениях;

— согласно Ш.1.1 и 11.1.15.

Если растягивающие напряжения в железобетонной плите превышают 0,4R_bt,ser, сдвигающие усилия следует определять в предположении наличия в плите трещин и вычислять напряжения в арматуре  с учетом продольной жесткости плиты согласно 11.1.15.

Полное концевое содвигающее усилие  следует определять, принимая на конце  и назначая длину концевого расчетного участка  м, равной:

                                                             (Ш.7)

где  H — расчетная высота поперечного сечения сталежелезобетонного элемента, м;

b_sl — согласно 11.1.14

Распределение сдвигающих усилий между железобетонной плитой и стальной конструкцией в сложных случаях воздействий допускается принимать согласно Ш.6.

Ш.4.3 Концевые отрывающие железобетонную плиту от стальной конструкции усилия  следует определять по формуле

                                                          (Ш.8)

где     — расстояние от центра тяжести поперечного сечения бетона до верхней фибры стальной конструкции;

— то же, что в Ш.4.2.

Отрывающее усилие  следует принимать приложенным на расстоянии  от конца плиты (см. рисунки Ш.2 и Ш.6).

Ш.4.4 Расчеты конструкции объединения стальной части с железобетонной следует выполнять:

а) при жестких упорах — принимая прямоугольной эпюру сжимающих напряжений, передаваемых расчетной сминающей поверхностью упора;

б) при вертикальных гибких упорах — исходя из условий работы упора на изгиб со смятием бетона согласно Ш.7;

в) при наклонных анкерах — исходя из условий работы анкера на сочетание растяжения и изгиба со смятием бетона согласно Ш.7;

г) при закладных деталях плиты, объединенных со стальными поясами высокопрочными болтами, — исходя из расчета фрикционных соединений на высокопрочных болтах согласно Ф.5.4.18 и Ф.5.4.19;

д) при объединительных швах на высокопрочных болтах, обжимающих железобетон, — исходя из условий работы объединения на трение по контактным поверхностям шва согласно Ш.8;

е) при болтоклеевых объединительных швах — в соответствии с перечислением г) или д), но
с учетом сил сцепления от склеивания.

Ш.4.5 Расчет конструкции объединения на жестких упорах следует выполнять по формулам:

— в железнодорожных мостах:

по прочности

                                                                     (Ш.9)

на выносливость

                                                             (Ш.10)

— в автодорожных, городских и пешеходных мостах — по прочности

                                                                  (Ш.11)

В формулах (Ш.9) – (Ш.11):

— сдвигающие усилия, кН, приходящиеся на один упор, соответственно при расчете по прочности и выносливости;

— площадь поверхности смятия бетона упором, м²; при цилиндрических и дугообразных упорах — площадь их диаметрального сечения;

— то же, что в Ш.2.2.

При сборной железобетонной плите и расположении упоров в окнах расчетное сопротивление R_b следует принимать по классу бетона блоков, а толщину подливки не включать в площадь смятия. При расположении упоров в продольных швах плиты площадь смятия следует учитывать полностью,
а расчетные сопротивления принимать по классу бетона замоноличивания швов.

Если жесткие упоры расположены в железобетонном ребре или вуте, предельные значения величин  и  следует уменьшать, умножая правые части приведенных формул на 0,9 при  и на 0,7 — при , где  — ширина площади смятия бетона упором, м,  — ширина ребра или вута на уровне центра тяжести расчетной площади смятия бетона упором, м².

Ш.4.6 Крепления конструкций объединения к стальной части следует рассчитывать по Ф.5.4.1 – Ф.5.4.19.

Расчеты крепления жесткого упора к стальной части конструкции следует выполнять с учетом момента от сдвигающей силы.

Ш.4.7 При одновременном использовании в конструкции объединения жестких упоров и наклонных анкеров допускается учитывать их совместную работу, принимая полное сопротивление объединительного шва равным сумме сопротивлений упоров и анкеров.   

Ш.5 Проверка жесткости, определение строительного подъема и расчет по горизонтальным нагрузкам

Ш.5.1 Вертикальные прогибы от действующих нагрузок, а также перемещения при определении периодов колебаний следует вычислять в предположении упругой работы бетона независимо от знака возникающих в нем напряжений.

При определении периодов свободных горизонтальных колебаний прогиб железобетонной плиты в горизонтальной плоскости допускается определять с введением в состав сечения защитного слоя, подготовки под гидроизоляцию, бортов балластного корыта и железобетонных тротуаров.

При расчете строительного подъема пролетных строений со сборной плитой усадку бетона учитывать не следует.

Ш.5.2 В однопутных железнодорожных пролетных строениях железобетонная плита должна быть проверена по прочности в горизонтальной плоскости как сжато-изогнутый (или растянуто-изогнутый) железобетонный элемент, находящийся под действием осевого усилия от совместной работы со стальной конструкцией и изгибающего момента от горизонтальных нагрузок. Температурные воздействия и усадку бетона при этом допускается не учитывать.

Если бетон плиты от действия вертикальных нагрузок и усилий предварительного напряжения оказывается в пластическом состоянии и не воспринимает горизонтальный изгибающий момент, последний должен быть воспринят стальной частью конструкции. При этом полные относительные деформации в бетоне с учетом горизонтального изгибающего момента не должны превышать 0,0016.

 

Ш.6 Распределение сдвигающих усилий по шву объединения железобетонной плиты
и стальной конструкции в сложных случаях воздействий

Ш.6.1 Распределение концевого сдвигающего усилия  следует принимать по несимметричной треугольной эпюре с длиной основания  (рисунок Ш.3).

При этом

                                                     (Ш.12)

где — интенсивность погонных сдвигающих сил в соответствии с чертежом;

— принимают по Ш.4.1 и Ш.4.2.

 

I, II, III, IV — расчетная длина участков

Рисунок Ш.3 — Эпюры погонных сдвигающих сил между
железобетонной и стальной частями

Ш.6.2 При распределении околоопорного сдвигающего усилия от поперечных сил  следует принимать, что интенсивность соответствующих погонных сдвигающих сил изменяется в обе стороны по прямолинейной эпюре от середины длины околоопорного участка (см. рисунок Ш.3); при этом ордината в середине околоопорного участка определяется по формуле

                                                                   (Ш.13)

Ш.6.3 Распределение местных сосредоточенных сдвигающих усилий (от заанкеривания высокопрочной арматуры, примыкания ванты или раскоса и т. д.)  в удаленных от конца плиты зонах следует принимать по симметричной треугольной эпюре с длиной основания  (см. рисунок Ш.3).

Ш.6.4 При определении сдвигающих усилий длину расчетных участков следует принимать (см. рисунок Ш.3): I = 0,18  II = 0,36  — для концевых участков и в местах приложения сосредоточенных сил, а также в местах, примыкающих к указанному участку; III £ 0,8  IV £ 1,6  — на остальной длине пролетного строения соответственно в крайней и средней четвертях пролета.    

Ш.7 Расчеты по прочности объединения железобетона и стали гибкими упорами и анкерами

Ш.7.1 Сдвигающее усилие  приходящееся на один гибкий упор, должно отвечать следующим условиям прочности:

— для гибких упоров в виде прокатных швеллеров, двутавров, уголков без подкрепляющих ребер

                                        (Ш.14)

— для гибких упоров в виде круглых стержней при

                                                            (Ш.15)

— для гибких упоров в виде круглых стержней при

                                                                  (Ш.16)

Для гибких упоров в виде круглых стержней должно быть, кроме того, выполнено условие

В формулах (Ш.14) – (Ш.16):

         — сумма радиуса закругления и наибольшей толщины полки прокатного профиля, см;

         — толщина стенки прокатного профиля, см;

          — длина круглого стержня гибкого упора, см;

d           — диаметр стержня гибкого упора или анкера, см;

b_dr         — ширина площади смятия бетона упором, см;

— принимают согласно Ш.1.1.

Ш.7.2 Сдвигающее усилие S_h, приходящееся на один наклонный анкер из арматурной стали круглого сечения (гладкого или периодического профиля) или на одну ветвь петлевого анкера, должно отвечать следующим условиям:

                                 (Ш.17)

                                     (Ш.18)

где — площадь поперечного сечения стержня анкера или ветви анкера, см²;

— угол наклона анкера к поверхности стальной конструкции.

Для анкеров, разведенных в плане, в формулы (Ш.17) и (Ш.18) вместо  следует подставлять произведение  где — угол между горизонтальной проекцией анкера и направлением действия сдвигающей силы.

Сдвигающее усилие, воспринимаемое сжатыми наклонными анкерами, не должно превышать 25 % полного сдвигающего усилия, действующего на рассчитываемом участке.

Ш.7.3 При объединении железобетонной части со стальной с помощью наклонных анкеров из полосовой стали толщиной  от 8 до 20 мм и шириной от 20 до 80 мм сдвигающее усилие S_h, приходящееся на один анкер или одну ветвь петлевого анкера, следует проверять по формуле (Ш.17), заменяя d² выражением  (где  — в сантиметрах), и по формуле (Ш.18).

Ш.7.4 Если наклонные или вертикальные анкеры находятся в высоком железобетонном ребре
и используются для воспринятия в нем главных растягивающих напряжений, растягивающие усилия
в наклонных анкерах следует определять как в арматурных отгибах обычного железобетона, а в вертикальных анкерах — аналогично усилиям в хомутах обычного железобетона. Допускается достаточность сечения анкера для воспринятия этого растягивающего усилия и сдвигающей силы между железо-бетоном и сталью проверять независимо и усилия не суммировать.

 

 

Ш.8 Расчеты по прочности объединения железобетона и стали, выполненных с применением высокопрочных болтов, обжимающих железобетон

Ш.8.1 Усилие натяжения высокопрочного болта  следует определять по формуле

                                                                (Ш.19)

где — контролируемое усилие натяжения болта;

— потери усилий натяжения от усадки и ползучести бетона плиты и слоя раствора под плитой.

При конструкции соединения согласно рисунку Ш.4, потери  допускается определять по формуле

                                              (Ш.20)

где  — суммарная толщина плиты и слоя раствора по оси отверстия, см.

 

 

1 — высокопрочный болт диаметром 22 или 24 мм; 2 — отверстие в бетоне диаметром 50 мм;

3 — арматурный каркас из стержней периодического профиля диаметром 10 мм;

4 — распределительная подкладка размерами 100´100´16 для болтов 22 мм
и размерами 100´100´20 — для болтов 24 мм