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 СОДЕРЖАНИЕ 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. ПредисловиеС 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 положения1.1. 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. 2. Определение расчетного сопротивления многоэлементной арматуры при расчете на прочность и его среднеквадратичного отклонения2.1. Расчетное сопротивление многоэлементной арматуры R при расчете на прочность следует определять по формуле (15): где
Далее по тексту расчетное сопротивление арматуры при расчете на прочность принимают с учетом ее многоэлементности.
2.2.
Среднеквадратичное отклонение где
Далее по тексту среднеквадратичное отклонение сопротивления арматуры при расчете на прочность принимают с учетом ее многоэлементности.
3. Расчет несущей способности сечений по прочности3.1. Расчет несущей способности сечений, нормальных к продольной оси изгибаемых элементов3.1.1. 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 при этом высоту сжатой зоны бетона где
3.2. Расчет несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элементовРасчет 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
где
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
где
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):
где
где
В формуле (11) случайное значение сопротивления 4. Определение несущей способности сечений по прочности, которую можно использовать для воспринятия подвижной временной вертикальной нагрузки4.1.
Предельную несущую способность сечений по изгибающему моменту
где
4.2. Значения Блок-схема расчета сечений изгибаемых железобетонных элементов на прочность методом статистических испытаний (методом Монте-Карло) 4.3. Величину
где 4.4.
Величину где Таблица 3
5. Расчет на трещиностойкость сечений без трещин5.1.
Ширину раскрытия нормальных и наклонных к продольной оси трещин 6. Расчет по прочности несущей способности сечений, нормальных к продольной оси изгибаемых элементов, с нормальной трещиной6.1. Расчет несущей способности тавровых, двутавровых и коробчатых сечений с нормальной трещиной с границей сжатой зоны, проходящей в ребре, должен выполняться из условия
при этом высоту сжатой зоны
бетона с трещиной где
6.2.
При расчете сечений без трещины в формулы (20) и
(21) и в программу расчета
следует подставить значения 6.3. Высоту сжатой зоны
бетона с нормальной трещиной
где
где
6.4. Расчет несущей способности элементов, армированных каркасной арматурой, производится аналогично. 7. Расчет по раскрытию трещин сечений с нормальной трещиной7.1.
Ширину раскрытия нормальных и наклонных к продольной оси трещин 7.2. Ширину раскрытия нормальных к продольной оси трещин в предварительно напряженных железобетонных элементах, проектируемых (запроектированных) по категориям требований по трещиностойкости 2б, 3а, 3б и 3в, следует определять по формуле где
7.3. Частоту пропуска сверхнормативных нагрузок по автодорожным железобетонным балочным мостам в зависимости от ширины раскрытия трещин, полученной по расчетам, назначают по табл. 4 Таблица 4
_____________ х) С оценкой состояния моста 1 раз в год. Примечание. 8. Расчет несущей способности сечений по прочности при поражении арматуры коррозией8.1. Расчет сечений с пораженной коррозией арматурой производят с учетом уменьшения площади сечения арматуры по формулам (2)-(11), (16)-(20), (24)-(27), (29) настоящих Методических рекомендаций. Данный фактор учитывают при составлении исходных данных для программы расчета. 8.2. Степень поражения арматуры коррозией при отслоении защитного слоя рекомендуется устанавливать прямым измерением. Глубину коррозии арматуры при ширине раскрытия трещин более 0,5 мм рекомендуется определять прямым измерением с вскрытием защитного слоя, а при ширине менее 0,5 мм - принимать равной 0,1 мм в год с момента образования трещины (за последний принимается год постройки моста). 9. Определение возможности пропуска сверхнормативной нагрузки по железобетонным балочным пролетным строениям автодорожных мостов9.1.
Возможность пропуска сверхнормативной нагрузки устанавливают сопоставлением
доли предельной несущей способности элемента (сечения)
-
где
Приложение 1Состав исходных данных для программы расчета1-я перфокарта содержит шесть целых чисел, на каждое из которых отводится по три позиции: количество реализаций случайных величин (200); произвольное целое число; количество интервалов гистограммы(25); ширина столбца гистограммы (в строках АЦПУ-4); количество сечений, в
которых определяется несущая способность по изгибающему моменту количество сечений, в
которых определяется несущая способность по поперечной силе 2-я перфокарта (или группа
перфокарт) содержит количество чисел, соответствующее количеству сечений, в
которых определяется несущая способность по изгибающему моменту математическое ожидание среднеквадратичное
отклонение математическое ожидание среднеквадратичное
отклонение математическое ожидание среднеквадратичное
отклонение Количество перфокарт в группе зависит от количества сечений с разным числом арматурных стержней. На каждое число, содержащее в обязательном порядке десятичную точку, отводится 10 позиций. Все последующие исходные данные набиваются в этом же формате, причем каждая новая группа данных начинается с новой перфокарты. Перфокарты (или группы перфокарт) с 3-й по 18-ю содержат для различных сечений значения следующих параметров: 3-я - 4-я - 5-я - 6-я - 7-я - 8-я - 9-я - 10-я - Количество параметров, содержащихся в 3-18-й перфокартах, соответствует количеству сечений, в которых определяется несущая способность по изгибающему моменту. 19-я перфокарта содержит
шесть чисел - параметры распределения случайных величин математическое ожидание среднеквадратичное
отклонение математическое ожидание среднеквадратичное
отклонение математическое ожидание среднеквадратичное
отклонение Последующие перфокарты (или группы перфокарт) содержат для различных сечений значения параметров: 20-я - 21-я - 22-я - 23-я - 24-я - 25-я - Количество параметров, содержащихся в 19-30-й перфокартах, соответствует количеству сечений, в которых определяется несущая способность по поперечной силе. Приложение 2Программа расчета сечений изгибаемых железобетонных элементов на прочность методом статистических испытаний (методом Монте-Карло)Приложение 3Последовательность расчета1. Назначить расчетные сечения в элементах пролетного строения. 2. Определить расчетные значения усилий от временной вертикальной нагрузки для каждого из рассчитываемых сечений наиболее нагруженной балки с учетом коэффициента поперечной установки. 3.
Определить для каждого рассчитываемого сечения расчетное сопротивление R и
среднеквадратичное отклонение 4. Применив программу расчета сечений изгибаемых железобетонных элементов на прочность методом статистических испытаний (методом Монте-Карло, см. прил. 2), определить несущую способность по прочности сечений, нормальных к продольной оси элементов, без трещин и с нормальной трещиной (соответственно формулы (3), (4) и (20)-(28)), а также сечений, наклонных к продольной оси элементов, на действие поперечных сил по наклонным трещинам (формулы (5), (6)). В результате расчетов
получены характеристики распределения несущей способности сечений по
изгибающему моменту и поперечной силе - 5. Характеристики распределения по изгибающему моменту (среднее значение и среднеквадратичное отклонение) несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элемента, следует определять по формулам (16) и (17). 6. Характеристики распределения (среднее значение и среднеквадратичное отклонение) несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элемента, рассчитываемых на действие поперечных сил в целях обеспечения прочности по сжатому бетону между наклонными трещинами, следует определять по формулам (18) и (19). 7. Предельную несущую способность сечений по изгибающему моменту и поперечной силе, которую можно использовать на воспринятие подвижной временной вертикальной нагрузки, следует определять по формулам (14) и (15). 8. Ширину раскрытия нормальных и наклонных продольной оси трещин определяют в соответствии разд. 3 настоящих Методических рекомендаций и СНиП 2.05.03-84. 9. Ширину раскрытия нормальных к продольной оси трещин в предварительно напряженных железобетонных элементах при наличии в сечении нормальной трещины определяют по формуле (29). 10. Оценку грузоподъемности пролетного строения в целях определения возможности пропуска по нему сверхнормативной нагрузки производят для каждого из рассчитываемых сечений согласно уравнениям (30)-(32). Грузоподъемность пролетного строения устанавливают по грузоподъемности наиболее слабого несущего элемента (сечения). ЛИТЕРАТУРА1. Андреев В.Г., Чахлов B.C. Сборный устой столбчатой конструкции. - Транспортное строительство, 1977, № 4.2. Девяткина З.Н., Золотов В.Н. Исследование свойств арматуры классов А-IV, Ат-VIII. - В кн.: Железобетонные конструкции. Труды УралНИИстромпроекта, вып. VI, 1972. 3. Иосилевский Л.И. и др. Железобетонные пролетные строения мостов индустриального изготовления. М.: Транспорт, 1986. 4. Иосилевский Л.И., Чирков В.П. Расчет соединения плиты со стенкой при помощи стержней-шпонок. Труды МИИТ, ВЫП.219. М.: Транспорт, 1966. 5. Мадатян С.А., Оширов Б.Ф., Суриков И.Н. Механические свойства термически упрочненной арматурной стали марки 08Г2С. - В кн.: Совершенствование арматуры железобетонных конструкций. НИИжелезобетон. Волгоград, 1979. 6. Мадатян С.А., Падин О.И. Свойства и особенности применения новых видов горячекатаной арматуры классов А-IV и А-V в железобетонных конструкциях. - В кн.: Эффективные виды арматуры для железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1970. 7. Методическое руководство по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов. Белдорнии. Минск, 1974. 8. Михайлов К.Б. Проволочная арматура для предварительно напряженного железобетона. М.: Госстрой - издат, 1964. 9. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974. 10. Попелянский Ю.Л. Статистический анализ основных механических характеристик высокопрочной арматурной проволоки. - Бетон и железобетон, 1967, № 6. 11. Ратнер Б.P. Экономичная сталь для периодических профилей. М.: Металлургиздат, 1963. 12. Рубинчик И.И. Результаты испытаний образцов высокопрочной проволоки для предварительно напряженных железобетонных конструкций. Труды ЦНИИС, вып 37. М., 1960. 13. Соколовский А.И. Арматурные стали. М.: Металлургия, 1964. 14. Чачанашвили В.М. К решению вопроса о возможности пропуска сверхнормативных нагрузок по автодорожным железобетонным мостам. - В сб.: Совершенствование технологии строительства, повышение качества и долговечности конструкций автодорожных мостовых сооружений. Труды Союздорнии. М., 1987. 15. Чирков В.П. Вероятностные методы расчета мостовых железобетонных конструкций. М.: Транспорт, 1980. |