МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОЮЗДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ ПРИ ПРОПУСКЕ СВЕРХНОРМАТИВНОЙ НАГРУЗКИ ВЕРОЯТНОСТНЫМ МЕТОДОМ

Утверждены зам. директора Союздорнии

канд. техн. наук В.М. Юмашевым

МОСКВА 1989

Составлены на основе экспериментальных и теоретических исследований фактической несущей способности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных и городских мостов с учетом опыта применения методических рекомендаций.

Предложен вероятностный метод расчета сечений железобетонных элементов на прочность по изгибающему моменту и поперечной силе. Рекомендовано учитывать характер распределения несущей способности сечения по прочности при определении грузоподъемности пролетного строения.

Рассмотрены вопросы определения несущей способности сечений с нормальной трещиной и при наличии арматуры, пораженной коррозией.

Предложено ограничивать частоту пропуска сверхнормативных нагрузок в зависимости от ширины раскрытия трещин.

Приведена программа расчета на ЭВМ сечений изгибаемых железобетонных элементов.

Применение настоящих Методических рекомендаций позволит увеличить временные вертикальные нагрузки от подвижного состава на пролетные строения, рассчитанные по действующим и ранее разработанным нормам, с одновременным обеспечением требуемого уровня их надежности.

Предисловие

С развитием энергетической, химической и других отраслей промышленности обострилась проблема доставки тяжелых грузов (различных агрегатов, узлов, трансформаторов, парогенераторов и т.п. массой до 600(10³ кг и более), которые по условиям монтажа и эксплуатации необходимо собирать в заводских условиях и транспортировать на объекты в состоянии максимальной заводской готовности. Этим обусловлено увеличение выпуска многоосных многоколесных автомобилей с прицепами и полуприцепами. Нагрузки, создаваемые грузами данного типа совместно с транспортными средствами, часто оказываются сверхнормативными для пролетных строений мостов и путепроводов. Причем количество сверхнормативных нагрузок, которые требуется пропустить по автодорожным мостам и путепроводам, возрастает в среднем на 10 % в год. Это вызывает необходимость оценивать возможность пропуска таких нагрузок по автодорожным мостам и путепроводам.

Принятая на практике методика расчета железобетонных конструкций мостов и путепроводов (по СНиП 2.05.03-84) и “Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов” ВСН 32-78 (М.: Транспорт, 1979) раздельно учитывают входящие в расчет случайные величины (прочностные характеристики материалов, временную вертикальную нагрузку и т.д.), не учитывая при этом характер распределения несущей способности сечений конструкции. Это приводит к завышению запаса прочности конструкций.

Настоящие Методические рекомендации основаны на расчете сечений изгибаемых железобетонных элементов методом статистических испытаний (методом Монте-Карло) и предусматривают оценку реальной грузоподъемности балок железобетонных пролетных строений автодорожных мостов и путепроводов как при эпизодическом (разовом), так и регулярном пропуске сверхнормативной нагрузки.

Применение Методических рекомендаций позволяет выявить и использовать резервы несущей способности железобетонных балок пролетных строений для воспринятия временной вертикальной нагрузки, т.е. увеличить временные вертикальные нагрузки на пролетные строения, рассчитанные по действующим и уже отмененным нормам, с одновременным обеспечением требуемого уровня их надежности.

В настоящих Методических рекомендациях приведены блок-схема, состав исходных данных и программа расчета сечений изгибаемых железобетонных элементов на прочность, написанная на языке Фортран, и необходимые для пользования программой характеристики прочностных свойств арматуры и бетона различных классов.

Методические рекомендации разработали инж. В.М. Чачанашвили и канд. техн. наук Б.П. Белов.

Замечания и предложения по данной работе просьба направлять по адресу: 143900, г.Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии.

1. Общие положения

1.1. Настоящие Методические рекомендации разработаны в развитие некоторых положений “Инструкции по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов” ВСН 32-78 и предназначены для оценки действительной грузоподъемности железобетонных пролетных автодорожных мостов с целью определить возможность эпизодического (разового) или регулярного пропуска сверхнормативной нагрузки.

1.2. Для оценки грузоподъемности пролетного строения предварительно определяют усилие от сверхнормативной нагрузки на одну балку (желательно современными пространственными методами расчета) и несущую способность в ее расчетных сечениях, т.е. предельное усилие, которое может воспринимать сечение из условия достижения предельного состояния по прочности и трещиностойкости.

1.3. Несущую способность сечений по прочности определяют вероятностным методом расчета, который устанавливает однозначное соответствие вероятности разрушения запасу прочности, учитывая при этом реальный совместный статистический разброс прочностных характеристик арматуры и бетона, параллельную работу всех рабочих стержней арматуры (ее многоэлементность) и документально зафиксированные данные обследования сооружения (геометрические размеры сечений, армирование, класс бетона, наличие и характер дефектов, снижающих грузоподъемность, и т.д.).

1.4. Несущую способность сечений по трещиностойкости определяют расчетом ширины раскрытия трещин в соответствии с п. 3.105-3.110 СНиП 2.05.03-84 и настоящими рекомендациями, принимая допустимую частоту обращения сверхнормативных нагрузок в зависимости от предельного значения расчетной ширины раскрытия трещин.

1.5. Регулярный пропуск сверхнормативной нагрузки возможен лишь в том случае, если грузоподъемность пролетного строения достаточна по условиям прочности и трещиностойкости.

Если грузоподъемность удовлетворяет лишь условию прочности, то допускается разовый пропуск сверхнормативной нагрузки. При этом фиксируется ширина раскрытия трещин. Если фактическая ширина раскрытия трещин не превышает допустимой по СНиП 2.05.03-84, регулярный пропуск сверхнормативной нагрузки может быть разрешен при условии периодической оценки (не реже 1 раза в месяц) состояния моста. В противном случае допустим лишь разовый пропуск такой нагрузки не чаще 1 раза в год при соответствующем наблюдении.

1.6. Скорость движения нагрузки по пролетному строению не должна, превышать 10 км/ч. Динамический коэффициент при этом рекомендуется принимать равным 1,0 /1/.

1.7. Коэффициент надежности по нагрузке рекомендуется принимать равным 1,0 в том случае, если точно известны масса перевозимого груза и транспортного средства и нагрузка на каждую ось. В противном случае коэффициент принимается, равным 1,1.

2. Определение расчетного сопротивления многоэлементной арматуры при расчете на прочность и его среднеквадратичного отклонения

2.1. Расчетное сопротивление многоэлементной арматуры R при расчете на прочность следует определять по формуле (15):

                             (1)

где - коэффициент, учитывающий повышение расчетного сопротивления арматуры в зависимости от числа стержней (проволок) в сечении и определяемый по табл. 1;

- расчетное сопротивление арматуры при числе стержней (проволок) ( для ненапрягаемой арматуры , для напрягаемой .

Далее по тексту расчетное сопротивление арматуры при расчете на прочность принимают с учетом ее многоэлементности.

Таблица 1

2.2. Среднеквадратичное отклонение сопротивления многоэлементной арматуры при расчете на прочность следует определять по формуле

                        (2)

где -среднее значение сопротивления арматуры при расчете на прочность; принимают по табл. 2;

-среднеквадратичное отклонение сопротивления одного стержня (проволоки) арматуры при расчете на прочность; принимают по табл. 2.

Далее по тексту среднеквадратичное отклонение сопротивления арматуры при расчете на прочность принимают с учетом ее многоэлементности.

Таблица 2

3. Расчет несущей способности сечений по прочности

3.1. Расчет несущей способности сечений, нормальных к продольной оси изгибаемых элементов

3.1.1. Расчет тавровых, двутавровых и коробчатых сечений с границей сжатой зоны, проходящей в ребре, на действие изгибающего момента М должен выполняться по СНиП 2.05.03-84 из условия

            (3)

при этом высоту сжатой зоны бетона определять из формулы

                        (4)

где - случайное значение сопротивления бетона осевому сжатию;

- ширина прямоугольного сечения или толщина стенки (ребра) таврового, двутаврового и коробчатого сечений;

- случайное значение высоты сжатой зоны бетона;

- рабочая высота сечения;

- ширина пояса таврового, двутаврового и коробчатого сечений в сжатой зоне;

- приведенная (включая вуты) высота сжатого пояса таврового, двутаврового и коробчатого сечений;

- расчетные сопротивления соответственно напрягаемой и ненапрягаемой арматуры сжатию;

- площадь сечения ненапрягаемой растянутой и сжатой продольной арматуры соответственно(

- расстояние от центра тяжести растянутой ненапрягаемой продольной арматуры до сжатой грани сечения;

- расстояния от центра тяжести сжатой соответственно ненапрягаемой и напрягаемой продольной арматуры до ближайшей грани сечения;

- расчётное напряжение (за вычетом всех потерь) в напрягаемой арматуре, расположенной в сжатой зоне;

- случайные значения сопротивления соответственно напрягаемой и ненапрягаемой арматуры растяжению;

- площадь сечения напрягаемой растянутой и сжатой продольной арматуры соответственно.

3.2. Расчет несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элементов

Расчет на действие поперечных сил по наклонным трещинам.

3.2.1. Расчет наклонных сечений элементов с поперечной арматурой на действие поперечной силы Q следует выполнять в соответствии со СНиП 2.05.03-84 из условия

            (5)

где -коэффициент, учитывающий условия работы стержневой арматуры;

- коэффициент, учитывающий условия работы арматуры из высокопрочной проволоки, арматурных канатов класса К-7 и стальных канатов со спиральной и двойной свивкой и закрытых; =0,7;

- случайные значения суммы проекций усилий всей пересекаемой (соответственно наклонное и нормальной к продольной оси элемента) арматуры при длине С проекции сечения (не превышающей и значения , соответствующего условию, при котором поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой, равна поперечной силе, воспринимаемой бетоном);

- тo же, напрягаемой арматуры, имеющей сцепление с бетоном; если напрягаемая арматура не имеет сцепления с бетоном, то случайное значение сопротивления следует принимать равным установившемуся предварительному напряжению в напрягаемой арматуре;

- углы наклона соответственно стержней и пучков к продольной оси элемента в местах пересечения наклонного сечения;

- случайное значение поперечного усилия, передаваемого на бетон сжатой зоны над концом наклонного сечения;

                              (6)

- случайное значение сопротивления бетона осевому растяжению;

- соответственно толщина стенки (ребра) или ширина сплошной плиты и расчетная высота сечения, пересекающего центр сжатой зоны наклонного сечения;

- длина проекции наиболее невыгодного наклонного сечения на продольную ось элемента( определяемая сравнительными расчетами.

Расчет на действие  нагибающих моментов

3.2.2. Расчет наклонных сечений на действие изгибающих моментов следует производить в соответствии со СНиП 2.05.03-84 из условия

            (7)

где - изгибающий момент относительно оси, проходящей через центр сжатой зоны наклонного сечения, от расчетных нагрузок, расположенных по одну сторону от сжатого конца сечения;

- расстояния соответственно от ненапрягаемой и напрягаемой арматуры до точки приложения равнодействующей усилии в сжатой зоне бетона в сечении, для которого определяется момент.

Расчет на действие поперечных сил

3.2.3. Для железобетонных элементов с поперечной арматурой должно быть соблюдено условие, обеспечивающее прочность по сжатому бетону между наклонными трещинами (по СНиП 2.05.03-84):

                        (8)

где - поперечная сила на расстоянии не менее от: оси опоры(

                        (9)

где - коэффициент; =5 - при хомутах, нормальных к продольной оси элемента, =10 - наклонных (под углом 45°);

- отношение модулей упругости арматуры и бетона, определяемое по п.3.48 СНиП 2.05.03-84(

                              (10)

- площадь сечения ветвей хомутов, расположенных в одной плоскости;

- расстояние между хомутами по нормали к ним;

- коэффициент, определяемый по формуле

                        (11)

В формуле (11) случайное значение сопротивления принимается в МПа.

4. Определение несущей способности сечений по прочности( которую можно использовать для воспринятия подвижной временной вертикальной нагрузки

4.1. Предельную несущую способность сечений по изгибающему моменту и по поперечной силе ( которую можно использовать на воспринятие подвижной временной вертикальной нагрузки, следует определять /14/ исходя из условий:

            (12)

                  (13)

                  (14)

                        (15)

где - средние значения несущей способности сечений соответственно по изгибающему моменту и поперечной силе;

- среднеквадратичные отклонения несущей способности сечений соответственно по изгибающему моменту и поперечной силе;

- расчетные значения соответственно изгибающего момента и поперечной силы от постоянной нагрузки.

4.2. Значения для расчета на прочность по формулам (12)-(15) следует определять методом статистических испытаний (методом Монте-Карло). Блок-схема расчета приведена на рисунке, а состав исходных данных и программа - в прил. 1 и 2 настоящих Методических рекомендаций.

Блок-схема расчета сечений изгибаемых железобетонных

элементов на прочность методом статистических испытаний

(методом Монте-Карло)

4.3. Величину М и М при расчете несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элемента, следует определять по формулам:

                        (16)

            (17)

где - средние значения и среднеквадратичные отклонения сопротивления растяжению соответственно ненапрягаемой и напрягаемой арматуры (см. табл. 2 /1-6, 8-13/).

4.4. Величину и при расчете несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие поперечных сил в целях обеспечения прочности по сжатому бетону между наклонными трещина -ми следует определять по формулам:

                  (18)

      (19)

где - среднее значение и среднеквадратичное отклонение прочности бетона при осевом сжатии (табл. 3).

Таблица 3