Способ сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста и сборный железобетонный элемент для его сооружения
Владельцы патента RU 2279503:
Открытое акционерное общество "Волгомост" (ОАО "Волгомост") (RU)
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении сталежелезобетонных пролетных строений мостов. Способ сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста содержит операции изготовления и монтажа стальных главных балок, изготовления, монтажа и стыковки сборных железобетонных элементов плиты проезжей части, включающей стальные соединительные элементы, их объединения с помощью высокопрочных болтов со стальными главными балками. Новым в способе является то, что операцию изготовления плиты проезжей части осуществляют в два этапа. Вначале производят монтаж сборных железобетонных элементов, а затем на верхней поверхности сборных элементов укладывают монолитный армированный бетон плиты и выравнивающего слоя, при этом стыковку сборных элементов осуществляют путем свободных контактов без арматурных связей, причем сборные железобетонные элементы изготавливают толщиной, меньшей общей толщины плиты проезжей части, а толщину слоя монолитного бетона определяют из соответствующей зависимости. Сборный железобетонный элемент для сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста содержит в плане плиту, длина торцевых сторон которой равна ширине пролетного строения, ребра жесткости, расположенные вдоль торцевых сторон плиты, соединительный стальной элемент двутаврового сечения, ориентированный параллельно боковым сторонам плиты, верхний пояс которого выполнен сварным, а нижний содержит два уголка, присоединенных высокопрочными болтами к стенке и имеющих отверстия для присоединения его высокопрочными болтами к главной балке пролетного строения. Новым является то, что на верхней поверхности плиты выполнены арматурные выпуски, а ребра жесткости смещены относительно торцевых сторон плиты на величину, определяемую из соответствующей зависимости, одно во внешнюю сторону с образованием паза, другое - во внутреннюю сторону с образованием выступа, для обеспечения стыковки сборных элементов между собой, при этом соединительные стальные элементы расположены между ребрами жесткости и имеют высоту, превышающую высоту ребер жесткости. Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении технологичности сооружения мостов путем решения проблемы омоноличивания швов в сталежелезобетонных пролетных строениях мостов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении сталежелезобетонных пролетных строений мостов.
Известен способ сооружения сталежелезобетонных пролетных строений мостов, заключающийся в изготовлении и монтаже двух сварных главных балок, которые объединяются плоской сборной плитой проезжей части. На стадии монтажа устраивают временные продольные или же постоянные поперечные связи с учетом обеспечения устойчивости. При этом основной метод сборки железобетонных плит проезжей части - установка их стреловыми полноповоротными кранами (Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Строительство мостов. М.: Транспорт, 1975, стр.416, рис.24.24).
Недостаток указанного способа состоит в его многодельности и нетехнологичности.
Наиболее близким решением к заявляемому является способ сооружения сборных железобетонных плит беспрогонной конструкции сталежелезобетонных пролетных строений. При этом узел объединения плиты с верхним поясом главной балки (закладной элемент) представляет собой стальной элемент в виде тавра, верхняя часть которого закреплена в плите, а нижняя с помощью высокопрочных болтов - на верхнем поясе балки. (Федорашко Н.В. и др. Опыт изготовления и монтажа железобетонных плит беспрогонной конструкции сталежелезобетонных пролетных строений. Вестник мостостроения, №1-2, 1997).
Недостаток этого способа заключается в необходимости омоноличивания значительного количества поперечных монтажных швов со сваркой выпусков арматуры, весьма затруднительной в холодный период года при отрицательных температурах воздуха.
Известна плита проезжей части в виде плоской сборной железобетонной конструкции, объединенной со стальными главными балками омоноличиванием жестких упоров и имеющей продольный шов над стальным прогоном, поддерживающим плиту в середине ее пролета. (Стрелецкий Н.Н. и др. Унифицированные металлические автодорожные пролетные строения с двутавровыми балками. Симпозиум АИПК, Мосты. Взаимосвязь между технологией возведения и конструкциями. Ленинград, 1991).
Недостаток этой конструкции плиты заключается, главным образом, в малом сроке службы плиты проезжей части, т.е. в многочисленных расстройствах плиты через 10-15 лет ее эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является сборная железобетонная плита беспрогонной конструкции с поперечными монтажными стыками. Соединение таких плит с главными балками выполняли на высокопрочных болтах. (Федорашко Н.В. и др. Опыт изготовления и монтажа железобетонных плит беспрогонной конструкции сталежелезобетонных пролетных строений. Вестник мостостроения, №1-2, 1997).
Недостаток такой плиты заключается в большом количестве поперечных стыков, что вызывает определенные трудности при монтаже.
Задача предлагаемых изобретений состояла в решении проблемы омоноличивания швов в сталебетонных пролетных строениях и тем самым в повышении технологичности сооружения мостов.
Для решения поставленной задачи в способе сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста, содержащем операции изготовления и монтажа стальных главных балок, изготовления, монтажа и стыковки сборных железобетонных элементов плиты проезжей части, включающей стальные соединительные элементы, их объединения с помощью высокопрочных болтов со стальными главными балками, операцию изготовления плиты проезжей части осуществляют в два этапа: сначала осуществляют монтаж сборных железобетонных элементов, затем на верхней поверхности сборных элементов укладывают слой монолитного армированного бетона плиты проезжей части и выравнивающий слой, при этом стыковку сборных железобетонных элементов производят путем свободных контактов без арматурных связей. Сборные железобетонные элементы изготавливают толщиной, меньшей общей толщины плиты проезжей части, а толщину слоя монолитного бетона определяют из следующего соотношения:
где hм - толщина слоя монолитного армированного бетона, см;
hп - толщина плиты проезжей части сталежелезобетонного пролетного строения, см;
hв - толщина выравнивающего слоя, см;
hс - толщина плиты сборного железобетонного элемента.
Кроме того, операцию объединения соединительных стальных элементов плиты проезжей части с главной балкой могут осуществлять также в два этапа: сначала высокопрочные болты устанавливают в соответствующие отверстия стальной главной балки без затягивания, а после укладки слоя монолитного армированного бетона на поверхности сборных железобетонных элементов и выравнивания температуры плиты проезжей части и главной балки высокопрочные болты затягивают до проектного усилия. Отверстия в главной балке для высокопрочных болтов выполняют удлиненными по направлению продольной оси моста.
При этом продольный размер «а» отверстия определяют из следующего соотношения:
где d - диаметр болта, см;
α - коэффициент линейного температурного расширения бетона, 1/град;
tп - максимальная температура плиты проезжей части, град;
tб - температура стальной главной балки, град;
l - длина участка плиты между рабочими швами, м;
102 - множитель для перевода метров в сантиметры, см/м.
Для решения поставленной задачи в сборном железобетонном элементе для сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста, содержащем в плане плиту, длина торцевых сторон которой равна ширине пролетного строения, ребра жесткости, расположенные вдоль торцевых сторон плиты, соединительный стальной элемент, ориентированный параллельно боковым сторонам плиты, верхний пояс которого выполнен сварным, а нижний содержит два уголка, присоединенных высокопрочными болтами к стенке и имеющих отверстия для присоединения его высокопрочными болтами к главной балке пролетного строения, ребра жесткости смещены относительно торцевых сторон плиты на величину «с», одно - во внешнюю, другое - во внутреннюю сторону, при этом на верхней поверхности плиты выполнены арматурные выпуски, а соединительные стальные элементы расположены между ребрами жесткости и имеют высоту, превышающую высоту ребер жесткости, причем величину смещения «с» определяют из следующего выражения:
с=кhс, см,
где к=0,8÷1,2 - коэффициент условий работы, б/р;
hc - толщина плиты сборного железобетонного элемента (принимается обычно равной 5-10 см), см.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема предлагаемого сталежелезобетонного пролетного строения (фасад - вид поперек моста);
на фиг.2 показана схема разрезки плиты проезжей части рабочими швами;
на фиг.3 представлен сборный железобетонный элемент - фасад, вид поперек моста;
на фиг.4 - то же, но в плане;
на фиг.5 представлено сечение А-А фиг.3.
Предлагаемый способ сооружения сталежелезобетонного пролетного строения содержит следующие операции. Производится изготовление и монтаж стальных главных балок (фиг.1), изготовление, монтаж и стыковка сборных железобетонных элементов 2 плиты проезжей части, включающей стальные соединительные элементы 3 (фиг.1, 3-5), объединение стальных соединительных элементов с помощью высокопрочных болтов 4 (фиг.3, 5) со стальными главными балками. Способ отличается тем, что операцию изготовления плиты проезжей части выполняют в два этапа. На первом этапе производят монтаж сборных железобетонных элементов 2, на втором этапе на верхней поверхности этих смонтированных элементов укладывают монолитный армированный бетон 5 плиты и выравнивающего слоя (фиг.1). При этом стыковку сборных элементов реализуют путем свободных контактов без арматурных связей. Для этого (фиг.3) выступ плиты, расположенный слева, совмещают с пазом смежной плиты, расположенным справа. Сборные железобетонные элементы 2 (фиг.1) изготавливают с толщиной плиты, меньшей общей толщины плиты проезжей части, а толщину слоя 5 монолитного бетона (фиг.1) определяют из следующего условия:
где hм - толщина слоя монолитного армированного бетона, см;
hп - толщина плиты проезжей части сталежелезобетонного пролетного строения, см;
hв - толщина выравнивающего слоя, см;
hс - толщина плиты сборного железобетонного элемента, см.
Перечисленные параметры обычно имеют следующие значения: hп=20-30 см, hв=3-5 см, hс=5-10 см, hм≥18-25 см.
Кроме того, предлагаемый способ сооружения сталежелезобетонного пролетного строения отличается тем, что операцию объединения соединительных стальных элементов 3 с главной балкой 1 реализуют также в два этапа. На первом этапе высокопрочные болты 4 (фиг.3, 5) устанавливают в соответствующие отверстия стальной главной балки 1 без затягивания. На втором этапе после укладки слоя 5 монолитного армированного бетона (фиг.1) на поверхности сборных железобетонных элементов 2 (фиг.1) и выравнивания температуры плиты проезжей части и главной балки высокопрочные болты 4 затягивают до проектного усилия. При этом отверстия для высокопрочных болтов выполняют удлиненными по направлению продольной оси моста.
Предлагаемый способ отличается тем, что продольный размер «а» отверстия для высокопрочных болтов 4 (фиг.3, 5) определяется следующим соотношением:
где d - диаметр болта, см;
α - коэффициент линейного температурного расширения бетона, 1/град;
tп - максимальная температура плиты проезжей части, град;
1б - температура стальной главной балки, град;
l - длина участка плиты между рабочими швами, м (фиг.2);
102 - множитель для перевода метров в сантиметры, см/м. Параметры, входящие в это соотношение, обычно имеют следующие значения: α=1·10-5 1/град; l=30-70 м; разность температур Δt=tп-tб=20÷40 град; множитель 
во втором слагаемом правой части принимается из условия, что температурная деформация участка плиты между швами отсчитывается от середины этого участка. Исходя из этих значение удлинение отверстия вдоль моста 
обычно составляет 1,5-2,5 см.
При этом плита проезжей части из-за температурных деформаций нуждается в разрезке по длине моста рабочими швами 6. Схема такой разрезки приведена на фиг.2, из которой видно, что участки между швами целесообразно делать двух видов. Первый вид - это участки длиной l1 над опорами. Второй вид - это участки длиной l2 между опорами. Из технологических соображений сначала следует укладывать «межопорные» участки длиной l2, а затем «надопорные» участки длиной l1.
Каждый из сборных железобетонных элементов 2 (фиг.1) для сооружения сталежелезобетонного пролетного строения содержит плиту 7 (фиг.3, 4) с боковыми и торцевыми сторонами, ребра жесткости 8 (фиг.3), расположенные вдоль торцевых сторон плиты, соединительный стальной элемент 3 (фиг.1, 3-5) двутаврового сечения, верхний пояс которого выполнен сварным, а нижний содержит два уголка 9 (фиг.5), присоединенных высокопрочными болтами 10 (фиг.5) к стенке соединительного элемента. При этом на верхней поверхности плиты выполнены арматурные выпуски 11 (фиг.3, 5), которые служат, в частности, для лучшего сцепления нижнего (сборного) и верхнего (монолитного) слоев плиты проезжей части.
Соединительные стальные элементы 3 расположены между ребрами жесткости 8 и имеют высоту, превышающую высоту ребер жесткости. Ребра жесткости 8 смещены относительно торцевых сторон плиты 7 на величину «с», одно - во внешнюю сторону, другое - во внутреннюю. Величина смещения «с» определяется из следующего соотношения:
с=кhс, см,
где к=0,8÷1,2 - коэффициент условий работы, б/р;
hc - толщина плиты сборного железобетонного элемента, см (обычно принимается 5-10 см).
Исходя из этих значений параметров к и hc величина смещения с обычно лежит в пределах 4-12 см. При этом коэффициент к учитывает точность монтажа и в случае благоприятных условий работы принимается равным 0,8, а при неблагоприятных - 1,2.
Отверстия для высокопрочных болтов 4, которыми соединительный элемент 3 присоединяется к главной балке 1 пролетного строения, выполнены удлиненными в направлении продольной оси пролетного строения. При этом продольный размер отверстий обеспечивает свободные температурные деформации плиты проезжей части до снижения ее разогрева от экзотермии и закрепления высокопрочными болтами.
Пример реализации конструкции и способа ее сооружения.
Изготавливают сборные железобетонные элементы (совместно со стальными соединительными элементами) с продольными размерами 1,5÷4 м, шириной 10÷15 м и толщиной плиты 5÷10 см. Эти элементы последовательно, друг за другом монтируют на стальных главных балках, затем на верхней поверхности сборных элементов укладывают монолитный армированный бетон. При этом толщина сборной части плиты составляет 5÷10 см, монолитной части - 18÷25 см, а общая толщина плиты проезжей части составляет, таким образом, 23÷35 см.
Далее соединительные стальные элементы при помощи высокопрочных болтов объединяют с главными балками, причем продольный размер отверстий для высокопрочных болтов определяется продольными температурными деформациями участков между рабочими швами. Обычно соответствующее удлинение отверстия составляет 1,5÷2,5 см.
Эффективность предлагаемых изобретений состоит в исключении необходимости трудоемких операций по омоноличиванию большого количества поперечных монтажных стыков (швов), в повышении технологичности сталежелезобетонных конструкций, в экономии трудозатрат и в сокращении сроков строительства мостов.
1. Способ сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста, содержащий операции изготовления и монтажа стальных главных балок, изготовления, монтажа и стыковки сборных железобетонных элементов плиты проезжей части, включающей стальные соединительные элементы, их объединения с помощью высокопрочных болтов со стальными главными балками, отличающийся тем, что операцию изготовления плиты проезжей части производят в два этапа: вначале осуществляют монтаж железобетонных элементов, затем на верхней поверхности сборных элементов укладывают монолитный армированный бетон плиты и выравнивающего слоя, при этом стыковку сборных элементов осуществляют путем свободных контактов без арматурных связей, причем сборные железобетонные элементы изготавливают толщиной, меньшей общей толщины плиты проезжей части, а толщину слоя монолитного армированного бетона определяют из следующего соотношения:
где hм - толщина слоя монолитного армированного бетона, см;
hп - толщина плиты проезжей части сталежелезобетонного пролетного строения, см;
hв - толщина выравнивающего слоя, см;
hс - толщина плиты сборного железобетонного элемента, см.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операцию объединения соединительных стальных элементов плиты проезжей части с главной балкой осуществляют в два этапа: сначала высокопрочные болты устанавливают в соответствующие отверстия стальной главной балки без затягивания, затем после укладки монолитного армированного бетона на поверхности сборных железобетонных элементов и выравнивания температуры плиты проезжей части и главной балки, высокопрочные болты затягивают до проектного усилия, при этом отверстия для высокопрочных болтов выполняют удлиненными по направлению продольной оси моста.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что продольный размер "а" отверстия для высокопрочных болтов определяют из следующего соотношения:
d - диаметр болта, см;
α - коэффициент линейного температурного расширения бетона, 1/град;
tп - максимальная температура плиты проезжей части, град;
tб - температура стальной главной балки, град;
l - длина участка плиты между рабочими швами, м;
102 - множитель для перевода метров в сантиметры, см/м.
4. Сборный железобетонный элемент для сооружения сталежелезобетонного пролетного строения моста, содержащий в плане плиту, длина торцевых сторон которой равна ширине пролетного строения, ребра жесткости, расположенные вдоль торцевых сторон плиты, соединительный стальной элемент двутаврового сечения, ориентированный параллельно боковым сторонам плиты, верхний пояс которого выполнен сварным, а нижний содержит два уголка, присоединенных высокопрочными болтами к стенке и имеющих отверстия для присоединения его высокопрочными болтами к главной балке пролетного строения, отличающийся тем, что на верхней поверхности плиты выполнены арматурные выпуски, причем ребра жесткости смещены относительно торцевых сторон плиты на величину "с", одно во внешнюю сторону с образованием паза, другое - во внутреннюю сторону с образованием выступа, для обеспечения стыковки сборных элементов между собой, при этом соединительные стальные элементы расположены между ребрами жесткости и имеют высоту, превышающую высоту ребер жесткости, а величину смещения "с" определяют из следующего соотношения:
с=кhс, см
где к=0,8÷1,2 - коэффициент условий работы, б/р;
hс - толщина плиты сборного железобетонного элемента, см (принимается обычно 5-10 см).
