ОДМ 218.3.089-2019 ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО МОСКВА 2019 Предисловие 1. РАЗРАБОТАН Национальным Институтом Авиационных Технологий ОАО НИАТ 2. ВНЕСЕН Управлением строительства и эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства 3. ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 26.09.2019 № 2604-р. 4. ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР СОДЕРЖАНИЕ ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
1 Область примененияОтраслевой дорожный методический документ «Методические рекомендации по опытному применению напрягаемой арматуры из высокопрочных композиционных материалов для усиления железобетонных конструкций мостов» (далее - методический документ) разработан в соответствии с законодательными и нормативными документами, действующими в дорожном хозяйстве, и носит рекомендательный характер [1, 2, 6, 8]. Настоящий методический документ разработан для использования органами управления дорожным хозяйством Российской Федерации при проведении работ по усилению железобетонных конструкций мостов напрягаемой арматурой из высокопрочных композиционных материалов. 2 Нормативные ссылкиВ настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативно-технические документы и стандарты. 1. СП 35.13330.2011. Свод правил. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. 2. ГОСТ 27751-2014. Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. 3. СП 79.13330.2012. Свод правил. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний. Актуализированная редакция СНиП 3.06.07-86. 4. ГОСТ 10587-93. Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия. 5. ГОСТ 8728-88. Пластификаторы. Технические условия. 6. ГОСТ 10187-75. ССБТ Противогазы и респираторы промышленные фильтрационные. Метод определения времени защитного действия фильтрующее-поглощающих коробок по парам ртути; Л09; ГОСТ 12.4.161-75; 8 - 8,5. 7. СП 46.13330.2012. Свод правил. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 3.06.04-91. 8. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования 9. ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. 10. ГОСТ 12.3.002-75* ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности. 11. ГОСТ 12.3.005-75* ССБТ. Работы окрасочные. Общие требования безопасности. 12. ГОСТ 12.3.016-87. ССБТ. Строительство. Работы антикоррозионные. Требования безопасности. Взамен ГОСТ 12.3.016-79. 13. ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Взамен ГОСТ 12.4.009-75. 14. ГОСТ 12.0.004-90. Организация обучения безопасности труда. Общие положения. Утвержден 05.11.1990 г. после Госстандарта СССР № 2797. Взамен ГОСТ 12.0.004-79. 15. ВСН 37-84. Инструкция по организации движения и ограждения мест производства дорожных работ. 16. ГОСТ 12.4.011-89. ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация . Взамен ГОСТ 12.4.011-75. 17. ЕСЭКС. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием. Взамен ГОСТ 9.025-74. 18. ГОСТ 12.4068-79*. ССБТ. Средства индивидуальной защиты дерматологические. Классификация и общие требования. 19. ГОСТ 12.1.013-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования. 20. ГОСТ 2.601-2006 «Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы» 3 Термины и определенияВ настоящем ОДМ применены следующие термины и соответствующие определения: В настоящих рекомендациях использованы следующие термины с соответствующими определениями. Мостовое сооружение - искусственное сооружение, расположенное на автомобильной дороге и являющееся конструктивной частью, предназначенное для перевода транспортного пути (дороги) и водовода через различны е препятствия. К этой группе сооружений относятся мосты, путепроводы, эстакады, виадуки, скотопрогоны. Мостовое сооружение состоит из опор, пролетных строений, мостового полотна и регуляционных сооружений. Долговечность сооружения - свойство сооружения сохранять работоспособное состояние в течение длительного периода времени с необходимыми перерывами на ремонт. Работоспособное состояние пролетного строения - состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять полностью или частично заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации. Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации элементов пролетных строений от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние. Предельное состояние (пролетного состояния) опоры - состояние, при котором восстановление работоспособного состояния конструкции невозможно или нецелесообразно. Капитальный ремонт - комплекс работ по замене и (или) восстановлению конструктивных элементов сооружений и (или) их частей, выполнение которых осуществляется в пределах установленных допустимых значений и технических характеристик класса и категории автомобильной дороги и при выполнении которых затрагиваются конструктивные и иные характеристики надежности и безопасности сооружения. Ремонт - комплекс работ по восстановлению транспортно-эксплуатационных характеристик сооружения, при выполнении которых не затрагиваются конструктивные и иные характеристики надежности и безопасности сооружения. Композиционный материал - конструкционный (неметаллический или металлический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. 4 Основные положенияОДМ содержит: технические требования к композиционным материалам; общие принципы проектирования усиления конструкций; общие положения по расчету усиления железобетонных балочных пролётных строений автомобильных мостов; расчет по предельным состояниям первой группы; расчет по предельным состояниям второй группы; конструктивные требования; технология усиления; требования безопасности работ; пример использования методики расчёта для железобетонной балки прямоугольного сечения усиленной углепластиковыми лентами закреплёнными в анкерных устройствах; пример проектной конструкторской документации по усилению железобетонных конструкций мостов. Характеристики материалов Rp, кр - прочность композиционного материала при растяжении при кратковременных испытаниях; Ер, кр - модуль упругости композиционного материала при растяжении при кратковременных испытаниях; σр, кр - растягивающее напряжение в композиционном материале при кратковременных испытаниях; σр, при t = 10 часов - растягивающее напряжение в композиционном материале после 10 часов экспонирования при постоянной деформации; εp, кр - деформация композиционного материала под нагрузкой при кратковременных испытаниях; εр, при t = 10 часов - деформация композиционного материала после 10 часов экспонирования под постоянной нагрузкой; N - количество циклов переменной нагрузки; Rp, при N = 2·107 циклов - прочность композиционного материала при растяжении - сжатии после приложения 2·107 циклов переменной нагрузки; Rbt,ser - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению при расчете предварительно напряженных элементов по образованию трещин. 5. Технические требования к композиционным материаламТехнические требования к композиционным материалу, из которого изготавливаются ленты для усиления железобетонных пролётных строений автомобильных мостов приведены в табл. 1. Таблица 1
6. Общие принципы проектирования усиления конструкций6.1. Общие положения по расчету усиления железобетонных балочных пролётных строений автомобильных мостовПеред усилением пролётных строений мостовых сооружений необходимо произвести их обследование в соответствии со СНиП 3.06.07-86. При необходимости усиления пролётных строений руководствуются следующими принципами. Расчеты по прочности и трещиностойкости балок, изложенные в СНиП 2.05.03-84*. не полностью отражают работу ненапрягаемых и предварительно напряженных балок, усиленных напрягаемыми лентами из композиционного материала. В предварительно напряженных балках предварительно напряженная арматура имеет сцепление с бетоном по всей длине и работает совместно с бетоном как на постоянную, так и временную нагрузку. Предварительно напряженная арматура, установленная в балках при их усилении, не имеет сцепления с бетоном и расчет сечений по прочности производится с учетом п. 3.65 СНиП 2.05.03-84*. 6.2. Расчет по предельным состояниям первой группыДанным расчётом должно быть подтверждено достижение требуемого класса по грузоподъёмности и требуемой категории по трещиностойкости. В качестве исходного положения используются значения: - σnв напряжения в бетоне сжатой зоны от постоянной нагрузки, - σns напряжения в центре тяжести арматуры растянутой зоны от постоянной нагрузки, - Ев, Es - модули упругости применённых в конструкции бетона и арматуры. Основные предпосылки расчёта: - расчёт производится исходя из фактического состояния конструкций, - расчёт производится из условия плоских сечений и прямой пропорциональности деформаций в бетоне и арматуре по мере удаления от нейтральной оси сечения, - деформация сжатия в бетоне не превышает 0,003, - бетон растянутой зоны в расчёте не учитывается, - диаграмма зависимости напряжение-деформация в элементе усиления носит линейный характер до момента разрушения. Прочность сечения нормального к продольной оси и усиленного в растянутой зоне углепластиковой арматурой, проверяется, исходя из требования достижения напряжений в материалах, не превышающих расчётных сопротивлений:
σ1 ≤ Rк (напряжения и расчётное сопротивление композита) Значение σ1 для напрягаемой композитной арматуры определяется по формуле (1)
σкр - прочность углепластиковой арматуры при растяжении при кратковременных испытаниях Kdl - коэффициент длительного сопротивления углепластиковой арматуры KΔσp - коэффициент учитывающий релаксацию в углепластиковой Напряжения от временной нагрузки в бетоне сжатой зоны (σврв), в арматуре (σврs) и в композите (σк) определяют из рассмотрения равновесия внутренних сил усиленного сечения. При этом расчёт ведут в две стадии. Стадия № 1 - предварительный расчёт, исходящий из положения, что размер сжатой зоны сечения при действии временной нагрузки может быть принят равным: Расчет сечений, нормальных к продольной оси балки, у которой внешняя сила действует в плоскости оси симметрии сечения и продольная арматура сосредоточена у перпендикулярных указанной плоскости граней элемента, производился в зависимости от значения относительной высоты сжатой зоны ξ = x/h0, определяемой из соответствующих условий равновесия. При этом проверялось условие, при котором значение ξ при расчете балки не должно превышать относительной высоты сжатой зоны бетона ξу, при которой предельное состояние бетона сжатой зоны наступает не ранее достижения в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению Rs или Rp. Значение ξу определялось по формуле (2)
где ω = 0,85 - 0,008Rb - для элементов с обычным армированием, при этом расчетное сопротивление бетона Rb принималось в МПа; напряжения в арматуре σ1 МПа, принималось равными: Rs - для ненапрягаемой арматуры. расчетное сопротивление напрягаемой арматуры растяжению Rр принималось с учетом снижения характеристик при длительной эксплуатации, а величину предварительного напряжения в арматуре σр - с учетом потерь. При наличии напрягаемой и ненапрягаемой арматуры напряжение σ1 принимается по напрягаемой арматуре; напряжение σ2 принималось равным 500 МПа. В процессе расчёта последовательно определяют: а) площадь бетона сжатой зоны (рис. 1) Ав = в·х; Рис. 1 Схема усилий и эпюра относительных деформаций б) напряжения в бетоне сжатой зоны, принимая что суммарные напряжения от постоянной и временной нагрузки равны расчётному сопротивлению бетона сжатию
в) относительные удлинения - по верхним фибрам бетонного сечения
- в уровне ц.т. рабочей арматуры (рис 1, а)
- в уровне установки композитной арматуры, в частности, для случая установки по нижним фибрам бетонного сечения
г) напряжения в композитной арматуре
Ек - расчётный модуль упругости композита, равный модулю заявленному производителем, делённому на коэффициент надёжности γ = 1,2; д) предварительная величина увеличения несущей способности сечения
или для случая нескольких углепластиковых арматурных элементов
Величина ΔМ не должна быть меньше требуемого увеличения несущей способности, установленного по результатам обследования и оценки состояния сооружения. В зависимости от величины требуемого ΔМ могут приниматься следующие решения: добавляется количество углепластиковых арматурных элементов снизу, сбоку или снизу и сбоку; углепластиковые арматурные элементы предварительно напрягаются; и увеличивается их количество. Стадия № 2 - уточняется расчёт, исходя из принятой на первой стадии площади углепластиковых арматурных элементов. Прежде всего, расчётом на этой стадии уточняется значение «х» из рассмотрения равновесия внутренних сил сечения:
Если установленное уточняющим расчётом значение «х» отличается от принятого ранее (на 1й стадии) на величину более ±0,01h0, расчёт по формулам (2) ÷ (8) повторяют и устанавливают уточнённое значение ΔМ. Если уточнённое значение «х» находится в пределах х = (0,12 ± 0,01)·h0, результаты предварительного расчёта принимают за окончательные. Возможные схемы усиления тавровых балок приведены на рис. 2. Рис. 2 Схемы усиления, вызванные недостаточной прочностью нормальных сечений Если принятое значение σкАк не приводит к требуемому усилению конструкций, повторяется вариант усиления с предварительным напряжением конструкций. При расчете на прочность по предельным состояниям первой группы исходными данными служат момент и поперечная сила от нагрузки, приходящейся на балку. Путем сопоставления расчетных усилий от внешних нагрузок с предельными нагрузками подбирают дополнительное количество арматуры из композиционных материалов. Поперечное сечение усиливаемой балки и рабочая арматура, установленная при изготовлении балки, являются исходными данными расчета. Если балка рассчитана по предельным состояниям СНиП 2.05.03-84*, то можно использовать все расчетные характеристики, приведенные в типовом или индивидуальном проекте. Если балка рассчитана по другим нормативным документам, то пересчитывают несущую способность балки (основных сечений) по ВСН 32-89 (Транспорт, М., 1991). Расчетные характеристики материала (стали и бетона) усиливаемой балки принимают по ВСН 32-89 в зависимости от года постройки (срока эксплуатации сооружения) и по СНиП 2.05.03-84*. Расчет проводят в два этапа. Вначале определяют несущую способность балки с арматурой, установленной при ее изготовлении. Затем определяют разницу в несущей способности существующей и усиленной балок. На эту разницу усилий, используя поперечное сечение балки, подбирают площадь поперечного сечения высокопрочной арматуры. Расчет наклонных сечений на действие поперечной силы проводят также в два этапа. На первом этапе расчета учитывают только арматуру, установленную в балке при ее изготовлении (отогнутые стержни или пучки, хомуты и т.д.). Для определения необходимости усиления наклонных сечений выполняется расчет в соответствии со СНиП 2.05.03-84*, учитывая фактическое состояние бетона и арматуры. При расчетах должно быть установлено удовлетворение условиям: по обеспечению прочности бетона между наклонными трещинами, зависящей в основном от прочности бетона, площади сечения балки, площади сечения арматурных хомутов и расстояния между ними; по обеспечению прочности наклонного сечения по изгибающему моменту, зависящей от площади сечения арматурных хомутов. Если имеющейся в балке арматуры не достаточно, то на этих, как правило, концевых участках наклеивают углепластиковые ламели. Возможная схема усиления балок ламелями приведена на рис. 1 - 4 и предлагаемый вариант конструкции в приложении 1, однако проект усиления мостовой конструкции должен быть разработан под конкретную мостовую конструкцию. В этом случае должно быть обеспечено сцепление наклеиваемой арматуры на этом участке с бетоном согласно п. 3.170 СНиП 2.05.03-84*. Расчет сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие изгибающего момента проводят также в два этапа. На первом этапе расчета учитывают только арматуру, установленную в балке при ее изготовлении. Если имеющейся в балке арматуры не достаточно, то в расчет вводят арматуру, устанавливаемую для усиления балки, при этом сцепление ее с бетоном не учитывают, а расчетные сопротивления арматуры принимают как при расчете по прочности (см. п. 3.85 СНиП 2.05.03-84*). Расчет на местное сжатие (смятие) и местные напряжения в зоне установки упоров. Расчет на местное сжатие (смятие) осуществляют согласно п. 3.89 СНиП 2.05.03-84*. Кроме того, бетон в зоне установки упора проверяют на действие местных напряжений. При расчете местных напряжений в бетоне в зоне установки упора при натяжении арматуры учитывают всю или часть нагрузки, действующей на балку (собственный вес балки, мостовое полотно и временная нагрузка) и усилия от предварительного натяжения высокопрочной арматуры. Расчет проводят в две стадии: на момент натяжения лент и на стадии эксплуатации. В сечении (в зоне установки упора), учитывая поперечное сечение балки, прочность бетона и арматуры, установленной в балке, определяют напряжения от внешних нагрузок и местные напряжения от натяжения лент. Напряжения в бетоне и арматуре, возникающие от этих нагрузок, затем суммируют и сравнивают с нормативными. Во всех случаях расчета количество и вид арматуры (продольной или поперечной, учитываемой в расчете) определяется растянутыми участками эпюр местных напряжений. При расчете продольной и поперечной арматуры (продольные, отогнутые стержни и хомуты) ее учитывают на расстоянии, равном 0,5 высоты балки в обе стороны от места установки упора. При этом площадь арматуры, попадающая в растянутую область эпюры местных напряжений, должна воспринимать растягивающие усилия в этой зоне. При расчете местных напряжений, возникающих в месте установки накладного упора, прикрепляемого к стенке балки болтами, рекомендуется рассматривать упор как состоящий из нескольких внутренних упоров (по числу болтов для всего накладного упора), расположенных на горизонтальных или наклонных к оси балки осях. Количество и диаметр болтов подбираются таким образом, чтобы напряжения в бетоне за и перед болтами не превышали расчетных сопротивлений бетона. Для участков балки, где местные напряжения в зоне установки упоров не превышают 0,4Rbt,ser, проверка на трещиностойкость не обязательна. Местные напряжения в зоне установки упоров для типовых балок можно не рассчитывать, если усилие в лентах, передающееся на упор, не превышает 30 тс. Внутренний цилиндрический упор выполняют в виде пальца диаметром 100 мм и более. Накладной упор крепят к стенке балки шестью болтами диаметром 24 - 25 мм. Внутренний цилиндрический упор устраивают в зоне взаимодействия арматуры балки с бетоном, которая определяется по п. 3.110 СНиП 2.05.03-84*, если его располагают в растянутой зоне бетона. 6.3. Расчет по предельным состояниям второй группыБалки, усиливаемые предварительно напряженными лентами, должны удовлетворять категориям требований по трещиностойкости, приведенным в табл. 39 СНиП 2.05.03-84*. 3.95*. Железобетонные конструкции мостов и труб в зависимости от их вида и назначения, применяемой арматуры и условий работы должны удовлетворять категориям требований по трещиностойкости, приведенным в табл. 2*. Трещиностойкость характеризуется значениями растягивающих и сжимающих напряжений в бетоне и расчетной шириной раскрытия трещин. Таблица 2*
_________ * При смешанном армировании допускается повышать предельные растягивающие напряжения в бетоне согласно указаниям п. 3.96*. В конструкциях автодорожных и городских мостов с проволочной напрягаемой арматурой при расположении ее в плите проезжей части предельные значения растягивающих напряжений в бетоне в направлении его обжатия не должны быть более 0,8Rbt,ser. ** При оцинкованной проволоке допускается принимать Δcr = 0,02 см. *** Ширина раскрытия трещин не должна превышать, см: 0,020 - в элементах пролетных строений железнодорожных мостов, в верхних плитах проезжей части автодорожных и городских мостов при устройстве на них гидроизоляции, в стойках и сваях всех опор, находящихся в зоне переменного уровня воды, а также в элементах и частях водопропускных труб; 0,015 - в элементах промежуточных опор железнодорожных мостов в зонах, расположенных выше и ниже переменного уровня воды; 0,010 - на уровне верхней грани в продольных стыках верхних плит проезжей части автодорожных и городских мостов. При расположении мостов и труб вблизи плотин гидростанций и водохранилищ в зоне попеременного замораживания и оттаивания (в режиме по ГОСТ 10060-87) ширина раскрытия трещин в зависимости от числа циклов попеременного замораживания в год должна составлять, см, не более: 0,015 - при числе циклов менее 50; 0,010 - то же, 50 и более. Расчеты по определению напряжений в бетоне, образованию трещин и определению ширины их раскрытия должны производиться с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре согласно обязательному приложению 11*. В составных предварительно напряженных конструкциях мостов всех назначений возникновение растягивающих напряжений в обжимаемых стыках, а также в элементах сквозных пролетных строений железнодорожных мостов не допускается. В составных по длине конструкциях пролетных строений мостов минимальные сжимающие напряжения в бетоне при воздействии создаваемой нормативной постоянной нагрузкой должны соответствовать категории требований по трещиностойкости 2б. В неразрезных пролетных строениях, составленных из разрезных преднапряженных балок с надопорными необжатыми бетонируемыми стыками, армированными ненапрягаемой арматурой, ширина трещин в бетоне под нормативной нагрузкой должна отвечать категории требований 3. Расчет на трещиностойкость проводят в следующем порядке. Определяют трещиностойкость балки от нормативной (расчетной) нагрузки, определённой по предельным состояниям первой группы, с учетом только арматуры, установленной в балке до ее усиления. Если при этом условии трещиностойкость и напряжения в наиболее растянутых (крайних) стержнях не превышают значений, требуемых нормами, то ленты напрягают на усилие, обеспечивающее включение высокопрочной арматуры из композиционных материалов в совместную работу с арматурой балки. В этом случае арматура усиления работает как шпренгель. Если ширина раскрытия трещин в бетоне балки от расчетной нагрузки или напряжения в наиболее растянутых (крайних) стержнях превышают значения, требуемые нормами, то предварительно напряженную арматуру напрягают на усилие, компенсирующее раскрытие трещин и снижение предела текучести в арматуре свыше расчетной величины. В этом случае предварительно напряженная арматура усиления работает как шпренгель только тогда, когда сжимающие напряжения в растянутой зоне бетона балки полностью исчерпаны. Приращение растягивающих напряжений в напрягаемой арматуре после снижения предварительного сжимающего напряжения в бетоне до нуля определяют согласно п. 3.108 СНиП 2.05.03-84* 3.108*. При определении ширины нормальных трещин в растянутой зоне предварительно напряженных элементов следует учитывать всю растянутую арматуру. При определении ширины трещин в предварительно напряженных сваях допускается учитывать всю арматуру растянутой зоны. Приращение растягивающего напряжения Δσр в напрягаемой арматуре согласно п. 3.105, возникающее после снижения под временной нагрузкой предварительного сжимающего напряжения в бетоне до нуля, допускается определять по формуле
где σbt - растягивающее напряжение в бетоне на уровне центра тяжести площади растянутой зоны бетона; μр - коэффициент армирования, определяемый как отношение учитываемой в расчете площади поперечного сечения продольной арматуры к площади всей растянутой зоны бетона (арматура, не имеющая сцепления с бетоном, при вычислении μр не учитывается). При смешанном армировании напряжение в бетоне σbt определяется на уровне центра тяжести той части площади растянутой зоны бетона, в пределах которой растягивающие напряжения не превышают 1,4σbt,ser. Напряжения в ненапрягаемой арматуре при смешанном армировании допускается определять по формуле
где σbts - напряжения в бетоне на уровне центра тяжести части площади Abts растянутой зоны бетона, в пределах которой напряжения в бетоне превышают 1,4σbt,ser;
Суммарные напряжения не должны превышать расчетных сопротивлений арматуры. Напряжения в элементах конструкций определяют согласно п. 3.14 и приложению 11* СНиП 2.05.03-84*. 3.14. Напряжения в элементах предварительно напряженных конструкций следует определять по контролируемому усилию за вычетом: первых потерь - на стадии обжатия бетона; первых и вторых потерь - на стадии эксплуатации. К первым потерям следует относить: а) в конструкциях с натяжением арматуры на упоры - потери вследствие деформации анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных), температурного перепада, быстронатекающей ползучести, а также от деформации форм (при натяжении арматуры на формы): б) в конструкциях с натяжением арматуры на бетон - потери вследствие деформации анкеров, трения арматуры о стенки закрытых и открытых каналов, релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных). Ко вторым потерям следует относить: а) в конструкциях с натяжением арматуры на упоры - потери вследствие усадки и ползучести бетона, релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных): б) в конструкциях с натяжением арматуры на бетон - потери вследствие усадки и ползучести бетона, релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных), смятия под витками спиральной или кольцевой арматуры, навиваемой на бетон, деформации стыков между блоками в составных по длине конструкциях. Значения отдельных из перечисленных потерь следует определять по обязательному приложению 11* с учетом п. 3.15. Допускается принимать, что вторые потери от релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных) происходят равномерно и полностью завершаются в течение одного месяца после обжатия бетона. При проектировании суммарное значение первых и вторых потерь не должно приниматься менее 98 МПа (1000 кгс/см2). 3.15. При определении потерь предварительного напряжения в арматуре от усадки и ползучести бетона необходимо руководствоваться следующими указаниями: а) изменение во времени потерь Δσp(t) от усадки и ползучести бетона допускается определять по формуле
где Δσp(t → ∞) - конечные (предельные) значения потерь в арматуре от усадки и ползучести бетона, определяемые по обязательным приложениям 11* или 13*; t - время, отсчитываемое при определении потерь от ползучести - со дня обжатия бетона, от усадки - со дня окончания бетонирования, сут; е = 2,718 - основание натуральных логарифмов; б) для конструкций, предназначенных для эксплуатации при влажности воздуха окружающей среды ниже 40 %, потери от усадки и ползучести бетона следует увеличивать на 25 %, за исключением конструкций, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне IVA согласно СНиП 2.01.01-82 и не защищенных от солнечной радиации, для которых указанные потери увеличиваются на 50 %; в) допускается использовать более точные методы для определения потерь и перераспределения усилий от усадки и ползучести бетона с учетом предельных удельных значений деформаций ползучести и усадки бетона, влияния арматуры, возраста и передаточной прочности бетона, постадийного приложения нагрузки и длительности ее воздействия на каждой стадии, скорости развития деформаций во времени, приведенных размеров поперечных сечений, относительной влажности среды и других факторов. Эти методы должны быть обоснованы в установленном порядке. При этом нормативные деформации ползучести сn и усадки бетона εn для классов бетона, соответствующих его передаточной прочности, следует принимать по табл. 3 обязательного приложения 1*. ПРИЛОЖЕНИЕ 11*
ПОТЕРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ Таблица 1*
Примечание. Каждому виду потерь предварительного напряжения арматуры в соответствии с номерами позиций присваивать обозначения от σ1 до σ10. Таблица 2*
Таблица 3
________ * При осадке конуса 1 - 2 см. ** При жесткости смеси 35 - 30 с. Примечания: 1. При определении cn и εcn классы бетона должны соответствовать передаточной прочности бетона Rbp (см. п. 3.31). 2. Для бетона, подвергнутого тепловлажностной обработке, значения cn и εcn следует уменьшать на 10 %. В предварительно напряженных конструкциях вторые потери не учитывают, так как ползучесть, усадка и релаксация напряжений в бетоне и арматуре к моменту усиления балки закончились. В конструкциях с ненапрягаемой рабочей арматурой вторые потери учитывают, за исключением усадки бетона. Определение прогибов и углов поворота. Кривизну предварительно напряженных элементов (балок), в которых пояса отнесены к категориям требований по трещиностойкости 2а, 2б и 3б, допускается определять как для сплошного сечения по п. 3.113 СНиП 2.05.03-84*. 3.113*. Кривизну предварительно напряженных элементов, в которых пояса отнесены к категориям требований по трещиностойкости 2а, 2б и 3б, допускается определять как для сплошного сечения по формуле
Мр, Mg, Мv - моменты в рассматриваемом сечении, создаваемые соответственно усилием в напрягаемой арматуре, постоянной и временной нагрузками; Вр, Bg - жесткости сечения при длительном воздействии соответственно усилия в напрягаемой арматуре и постоянной нагрузки; В - жесткость сплошного сечения при кратковременном действии нагрузок. Значения перечисленных жесткостей допускается определять по обязательному приложению 13*. Допускается правую часть формулы (136) определять другими методами, обоснованными в установленном порядке. Моменты от предварительного напряжения следует вычислять исходя из напряжений в арматуре, соответствующих стадиям работы конструкции: на стадии обжатия - за вычетом первых потерь; на последующих стадиях, в том числе и на стадии эксплуатации, за вычетом также и вторых потерь согласно обязательному приложению 11*. Значения изгибающих моментов Мg при навесном монтаже следует определять с учетом веса монтируемых блоков и других возможных строительных нагрузок. При определении жесткостей Вp* и В* учитывается влияние усилия предварительного напряжения и длительности действия нагрузки. Кривизну элементов с ненапрягаемой арматурой, в которых пояса отнесены к категориям требований по трещиностойкости 3в, следует определять с учетом образования трещин. В случае, если прогибы и углы поворота, подсчитанные без учета предварительно напряженной арматуры усиления, превышают допускаемые СНиП 2.05.03-84*. необходимо ввести в расчеты предварительно напряженную арматуру усиления, которая напрягается на величину, обеспечивающую прогибы и углы поворота согласно требованиям СНиП 2.05.03-84*. 7. Конструктивные требованияПри проектировании конструкций усиления следует соблюдать требования п. 3.116 СНиП 2.05.03-84* и требования настоящего раздела. При усилении балок и пролетных строений необходимо соблюдать требования СНиП 2.05.03-84*. При разработке конструкций усиления упоры для передачи усилий натяжения на усиливаемую конструкцию располагают таким образом, чтобы местные напряжения, вызываемые сосредоточенной передачей усилия с упора на бетон, были минимальными и не требовали установки дополнительной арматуры или увеличения сечения бетона. Упоры рекомендуется устанавливать в зоне минимальных моментов от внешних нагрузок, т.е. не дальше, чем в 1/8 пролета балки (от её торца). Располагать упоры в зоне действия больших главных растягивающих напряжений от постоянной и временной нагрузок не рекомендуется. При разработке конструкций закладных деталей (опорных плит, упоров, отгибающих устройств и т.д.) следует руководствоваться п.п. 3.171 - 3.173 СНиП 2.05.03-84*. 8. Технология усиления1. Произвести обследование конструкции на предмет повреждений. 2. Рассчитать необходимые усилия натяжения композиционной арматуры. 3. Определить положение стальной арматуры в балке. 4. Изготовить кондуктора для разделки отверстий в железобетонной балке и в стальной плите анкерных устройств. 5. Разделать отверстия в железобетонной балке. 6. Разделать отверстия в анкерных устройствах. 7. Установить на мостовую конструкцию анкерные устройства. 8. Зажать в анкерных устройствах композиционные напрягаемые элементы. 9. Установить гидравлические домкраты обеспечив гидравлическую связь для равномерного натяжения. 10. По дать в гидродомкраты расчётное давление. 11. Выдержать конструкцию под напряжением от гидродомкратов в течении 10-ти часов для преодоления релаксации композиционного материала (углепластика). 12. Закрепить фиксирующие болты натяжных устройств. 13. Сбросить давление из гидроцилиндров. 14. Снять гидроцилиндры и скобы натяжителей. 15. На первых опытных мостовых конструкциях необходимо устанавливать тензодатчики для контроля натяжения композиционной арматуры и контроля напряжений в бетоне. 9. Требования безопасности работ1. Все работы должны производиться при строгом соблюдении правил и норм техники безопасности и противопожарной защиты, установленными СНиП 12-03-2001, ГОСТ 12.1.007, ГОСТ 12.3.002, ГОСТ 12.3.005, ГОСТ 12.3.016, ГОСТ 12.4.009, ГОСТ 12.0.004, ВСН-37-84. 2. Места производства работ обустраивают инвентарными подмостями или лесами и настилами таким образом, чтобы расстояние между настилом и обрабатываемой поверхностью конструкции составляло 1 - 1,2 м, а высота яруса - 2 м. Подмости или леса должны иметь ширину не менее 1,5 м и обеспечивать свободное перемещение рабочих вдоль всего фронта работ. Ремонтные работы на высоте более 2 м должны выполняться с подвесных или стоечных подмостей, люлек или других средств, обеспечивающих безопасное выполнение работ. Леса и подмости, применяемые для производства работ на высоте, должны быть прочными, настил не должен иметь зазоров, по периметру лесов и подмостей следует устраивать ограждения (перила). С целью обеспечения безопасности работ рекомендуется использовать передвижные инвентарные люльки, специализированные подъемно-транспортные машины и оборудование, машины для инспекции и осмотра сооружений. 3. Используемое технологическое оборудование должно быть снабжено паспортами. Строительные механизмы и электрический инструмент должны быть заземлены. Лица, привлекаемые к работе с технологическим оборудованием, должны пройти инструктаж. 10. Пример использования методики расчёта для железобетонной балки прямоугольного сечения усиленной углепластиковыми лентами, закреплёнными в анкерных устройствах. Рис. 1. Натяжное устройство 1. Мостовая балка. Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4 Рис. 5 |