Усиление балочных железобетонных пролетных строений

Способы усиления. Большинство эксплуатируемых на сети желез­ных дорог страны пролетных строений железобетонных мостов, в том числе построенных под нормативную нагрузку 1907 г.. имеют грузо­подъемность, достаточную для беспрепятственного и безопасного про­пуска всех видов поездных нагрузок - современных и ближайшей пер­спективы. В тех же редких случаях, когда из-за значительного возраста­ния поездных нагрузок, неблагоприятного влияния других эксплуата­ционных факторов и возникающих в связи с этим серьезных поврежде­ний грузоподъемность пролетных строений оказывается недостаточной, их усиливают или заменяют новыми. При этом выбор целесообразного решения обосновывают соответствующим технике-экономическим ана­лизом.

Обычно потребность в усилении железобетонных пролетных строе­ний возникает в связи с необходимостью повышения их несущей способ­ности по нормальным и главным растягивающим напряжениям.

На практике усиление балочных железобетонных пролетных строе­ний чаще всего производят путем увеличения их поперечного сечения добавлением нового материала (арматуры, бетона) и реже — путем изменения статической схемы подведением шпренгелей, осуществляе­мым аналогично усилению металлических пролетных строений.

Выбор способа усиления во многом зависит от физического состоя­ния элементов пролетных строений, их конструктивного исполнения, необходимого уровня усиления_у условий производства работ и эксплу­атации мостов и т. п.

Усиление пролетных строений увеличением их поперечного сечения. Небольшое усиление —до 15 % по нормальным напряжениям (например, в связи с ослаблением коррозией сечений рабочих стержней) — дости­гается добавлением растянутой арматуры поясов главных балок, как показано на рис. 10.1, д. Предварительно скалывают защитный слой бе­тона и примерно до половины диаметра обнажают стержни рабочей арма­туры нижнего ряда 2. Новую (дополнительную) арматуру 3 привари­вают к старой (после ее очистки от грязи и коррозии) через коротыши 4 длиной по 10—20 см. После этого удаленный защитный слой бетона вос­станавливают торкретированием или набрызгом по технологическим правилам, утвержденным Главным управлением пути МПС. В этом слу-

Рис. 10.1. Схемы усиления железобетонных балок добавлением арматуры: а — с приваркой стержней через коротыши; б — с приваркой каркаса; в — бетонированием в опалубке; 1 — новый бетон; 2 - существующая арматура; 3 — пш^ольная арматура усиления; 4 — коротыш; 5 — наклонный стержень; 6 — место приварки новой арматуры; 7 - прямой хомут; 8 — наклонный хомут; 9 — опалубка; 10 — загрузочная воронка

чае высота балки практически Не изменяется, а увеличение площади се­чения арматурой 3 учитывается только в проверках на временную на­грузку.

Значительно большее усиление железобетонных пролетных строе­ний (до 15 - 35 %) обеспечивается приваркой дополнительного арма­турного каркаса, состоящего из продольных 3 (рис. 10.1, б) и наклон-

ных 5 стержней и коротких хомутов 7, 8, и увеличением таким обра-зом высоты сечений главных балок, что учитывается в перерасчете гру­зоподъемности. Наклонные стержни 5 проверяют, как отгибы, на пере­резывающую силу в зоне усиления балки, возникающую только от вре­менной нагрузки. Хомуты 7, 8 в расчете не учитываются, поскольку они только подвешивают новые арматурные стержни 3. Работы выпол­няются в такой последовательности: заготовка каркасов и удаление защитного слоя бетона; приварка каркасов к существующей арматуре (в "окно"); покрытие старого бетона полимерцементным или эпоксид-но-тиоколовым слоем толщиной до 1 мм для увеличения сцепления с но­вым слоем; установка опалубки 9 (рис. 10.1, в); бетонирование сбоку через загрузочные воронки под давлением столба бетона до 1 м бетоном не ниже В30 на мелком щебне с наружным вибрированием. Бетон луч­ше приготовлять на водостойком расширяющемся цементе (ВРЦ).

Сложность и трудоемкость установки дополнительного арматурно­го каркаса, слабая его связь с существующей арматурой являются недо­статком такого приема усиления балок.

В случае необходимости усиления пролетных строений по главным растягивающим напряжениям балки заключают в железобетонные обо­лочки с толщиной стенок не менее 5 см, армируя их отогнутыми стерж­нями и хомутами. Хомуты оболочки вверху приваривают к арматуре плиты балластного корыта. Нижние основные добавляемые стержни арматуры приваривают к нижним существующим или отгибают в стен­ках оболочки до сжатой зоны, чем воспринимаются главные растяги­вающие напряжения. Сетка горизонтальной распределительной арматуры и хомутов в стенках назначается по общим правилам. Бетонирование производится в опалубке.

При усилении пролетных строений путем увеличения их попереч­ного сечения для повышения эффективности включения добавляемых стержней в совместную работу с балками целесообразно выполнить не­большое натяжение этих стержней до их обетонирования, используя из­вестные способы и конструктивные решения создания предварительного напряжения. В частности, при усилении балки железобетонной рубаш­кой хомуты могут быть предварительно напряженными из стержневой высокопрочной стали с анкеровкой в плите балластного корыта. Для этого хомуты пропускают через плиту балластного корыта, на концах делают нарезку и закручиванием гаек обеспечивают их натяжение.

Стойки и ригели рам, арки и другие конструктивные элементы же­лезобетонных мостов могут быть усилены также путем увеличения их поперечного сечения — добавлением арматуры и бетона.

Усиление пролетных строений изменением их расчетной схемы. По сравнению с металлическими пролетными строениями возможности использования этого способа крайне ограничены. Для железобетонных пролетных строений при изменении их статической схемы необходимо обеспечить совпадение знаков эксплуатационных эпюр внутренних уси-

Рис 10.2. Схемы усиления железобетонных балок шпренгелями полигонального

{а, б, в) и горизонтального (г) очертания:

1 - анкерное закрепление; 2 - шпренгель; 3 - распорка

лий до и после усиления. Из всех известных решений этому в наиболь­шей степени отвечают шпренгельные конструкции усиления, схемы ко­торых приведены на рис. 10.2.

Выбор схемы шпренгеля определяется конструкцией и грузоподъем­ностью усиливаемого пролетного строения. Очертание их может быть прямблинейным или полигональным. При прямолинейном очертании уменьшаются изгибающие моменты в балке, при полигональном — из­гибающие моменты и поперечные силы.

Шпренгели обычно формируют из двух ветвей, устанавливаемых в параллельных плоскостях с двух сторон ребра каждой балки симмет­рично ее продольной оси. Для их изготовления используют кабели, со­ставленные из высокопрочной проволоки, собранной в пучки, или из витых стальных тросов заводского изготовления, а также из стержней высокопрочной арматуры. С целью эффективной разгрузки балок шпренгели обычно предварительно напрягают, используя для этого ан­керные закрепления и оборудование, применяемое при изготовлении предварительно напряженных конструкций. При необходимости шпрен­гели могут быть натянуты оттяжкой их в вертикальной плоскости дом­кратами или установкой распорок между поясом шпренгеля и нижним поясом балки. Однако у этих способов повышенная трудоемкость вы­полнения натяжения ввиду необходимости закрепления упоров под кон­цевые анкеры, а также установки и демонтажа натяжных устройств при ограниченном свободном пространстве.

В^отдельных случаях при малых поперечных габаритах усиливаемо­го элемента для прямолинейных шпренгелей может быть использован более простой способ натяжения за счет осуществления многократных перегибов его ветвей по зигзагообразной линии по длине балки. На рис. 10.3 соответственно показаны: а — фасад усиливаемого пролетного строения; б — нижняя грань усиливаемой балки непосредственно перед натяжением шпренгеля; в - натяжение ветвей шпренгеля одновременно на всех участках между промежуточными анкерами; г — нижняя грань усиливаемого элемента после натяжения и фиксации ветвей шпренгеля;

Рис. 10.4. Схема усиления железо­бетонной балки приваркой плоско­го листа и обоймы к растянутой ар­матуре соответственно плиты бал­ластного корыта и ребра: 1 — существующая арматура; 2 -'лист; 3 — усиливаемая балка; 4 — швеллер (обойма)

д — натяжное приспособление в виде струбцины. Фиксацию ветвей шпренгеля по зигзагообразным линиям производят с использованием пар сближенных в направлении к продольной оси усиливаемой балки фиксаторов, укрепленных между смежными по длине промежуточными анкерами. Причем фиксаторы расположены ближе к продольной оси бал­ки, чем промежуточные анкеры.

Для натяжения шпренгелей Из высокопрочных арматурных стержней удобно использовать электронагрев или закручивание концевых гаек.

Особое внимание уделяют защите шпренгелей от коррозии. Кабели из проволок и тросов защищают специальными антикоррозионными мас­тиками или помещают в трубки из полимерных материалов с последую-

Рис. 10.3. Схемы усиления железобетон­ной балки предварительно напряженным шпренгелем:

1 — усиливаемая балка; 2 — шпренгель; 3 — концевые анкеры; 4 — промежу­точные анкеры; 5 — фиксаторы; 6 — натяжные струбцины

щим нагнетанием в них герметизирующих составов на основе тиокола; стержневую арматуру либо окрашивают обычным способом, либо окрас­ку комбинируют с металлизацией.

Работы по усилению железобетонных пролетных строений ввиду их сложности и трудоемкости выполняют рабочие высокой квалификации. Учитывая, что эти работы проводятся на эксплуатируемых сооружениях и, как правило, без перерыва в движении поездов, к ним предъявляются более строгие требования, гарантирующие безопасность и высокое ка­чество работ.

В последнее время появились разработки в направлении усиления железобетонных пролетных -строений стальными элементами (листо­выми и прокатными).

На рис. 10.4 и 10.5 показано применение стального листа, приварен­ного к арматурелребующей усиления плиты балластного корыта, а так­же усиление главной балки стальной обоймой в растянутой зоне и на­клонными тягами в приопорных участках. В этих решениях использует­ся принцип внешнего армирования, который в последние годы находит широкое применение, в частности при изготовлении новых и усилении эксплуатируемых автодорожных мостов.

Повышение грузоподъемности отдельных элементов пролетного строения может быть также достигнуто путем их разгрузки от постоян­ной и временной нагрузок. Например, для усиления наружных консо­лей железобетонных пролетных строений с ездой на балласте разработа­но разгрузочное устройство (рис. 10.6). Разгрузочное устройство вы­полнено в виде пакета 2 балок, установленного под рельсовым пу­тем 3 и опирающегося через опорные подкладки 4 на плиту 6 бал­ластного корыта пролетного строения 7. Пакет балок установлен попе­рек продольной оси пролетного строения 7. Балки 8 объединены по

Рис. 10.5. Схема усиления железобетонной балки наклонными тягами в при-опорной части:

1 — болт; 2 — пластины; 3 - наклонные тяги; 4 — упоры; 5 — швеллер (обойма); б — полимерраствор

концам над консолями 10 плиты 6 металлическими листами 5, жест­ко прикрепленными снизу к балкам 8 и расположенными с попереч­ным уклоном к оси пролетного строения 7. Сверху к листам 5 при­креплены параллельно балкам 8 ребра жесткости 11. Опорные под­кладки 4 пакета балок расположены в плане в пределах стенок 9 про-

Рис. 10.6. Разгрузочное устройство для усиления плиты балластного корыта же­лезобетонного пролетного строения (на разрезе А - Л верхнее строение пути и балласт не показаны)

Рис. 10.7. Устройство для усиления железобетонного пролетного строения с от­кидными консолями:

1 - откидная консоль; 2 — шарнир; 3 - комплект болтов с гайками, шайбами и прокладками; 4 - неподвижная часть консоли; 5 - прокладки; 6 - поддер­живающая (несущая) балка

!

летного строения 7 для передачи давления от постоянных и временных (поездных) нагрузок преимущественно в пределах стенок 9, что позво­ляет разгрузить консоли 10 от давления балласта 1 и повысить их гру­зоподъемность. Эффективность усиления может быть повышена путем жесткого прикрепления разгружающего пакета 2 к пролетному строе­нию в продольном и поперечном направлениях и включения их в совмест­ную работу.

В некоторых случаях усиление дефектных элементов пролетного строения может быть выполнено подведением под них различных под­держивающих конструкций.

В НИИ мостов разработана конструкция усиления пролетных строе­ний с откидными консолями, грузоподъемность которых из-за разру­шения шарнирных узлов сопряжения откидной и монолитной частей конски резко снижается. Под откидной и монолитной частями консо­ли перпендикулярно к оси пролетного строения располагают металли­ческие балки, которые с помощью болтов, пропущенных через сквоз­ные отверстия в бетоне, соединяют с консолью (рис. 10.7). Такие под­держивающие конструкции позволяют восстановить эксплуатационные качества пролетных строений и повысить срок их службы. Преимущест­вом этого способа усиления наружной консоли по сравнению с ранее описанным (см. рис. 10.6) является возможность проводить работы без перерыва движения поездов.