Руководство по усилению железобетонных мостов методом наклейки поверхностной арматуры

1.1. Инструкция по усилению железобетонных мостов методом наклейки поверхностной арматуры содержит требования к технологии усиления, а также к конструкции и расчету главных балок ребристых пролетных строений с каркасной арматурой типовых проектов вып.4, 10-11, 17-18, 19-20, 56, 56д, 87 ГПИ Союздорпроекта, их типовых и индивидуальных аналогов.*

_______________________

* Конструкция усиления разработана на основе изобретения а.с. N 1090784

1.2. Усилением пролетного строения является целенаправленное изменение его конструкции с целью повышения грузоподъемности. Усиление может производиться в случаях:

- недостаточной фактической грузоподъемности пролетного строения;

- необходимости пропуска по мосту сверхнормативных нагрузок.

1.3. Представленный в Инструкции метод усиления железобетонных балок наклейкой поверхностной арматуры дает возможность увеличить их несущую способность по изгибающему моменту до 50%, а в некоторых случаях и больше, с одновременным ремонтом ребер балок.

1.4. При усилении пролетных строений учитывается индивидуальное состояние каждой балки: ее фактические размеры, дефекты (трещины, сколы бетона, другие ослабления), состояние бетона и арматуры.

1.5. Допускается применение метода усиления мостовых балок с помощью наклейки арматуры без ограничения климатической зоны с учетом использования материалов в соответствии со СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы".

2.1. Работы по усилению пролетных строений мостов методом наклейки арматуры должны производиться, как правило, при положительной температуре. В экстренные случаях работы могут выполняться и зимой, но при этом возникает необходимость размещения усиляемой конструкции в тепляке или использование специальных полимерных композиций (см. п.2.16).

2.2. Для принятия решения об усилении моста требуется обследование или испытание его мостоиспытательной станцией. Заключение о грузоподъемности усиленного моста делается на основании его испытания.

2.3. К подготовительным работам по усилению относятся:

• организация и обустройство строительной площадки у моста, заготовка необходимых материалов, оборудования, инструментов, механизмов, устройство подмостей и др.

2.4. По размерам, снятым с балок конкретного пролетного строения моста, осуществляют привязку типовых чертежей, готовят элементы усиления (болты, гайки, арматура усиления и т.д.), сечение которых назначается по аналогии с ранее запроектированными конструкциями или по расчету. Затем элементы усиления маркируют и доставляют на строительную площадку. Общие виды усиления балок длиной 8,66; 11,36; 14,06 и 16,76 м показаны на рис.1, 2, 3 и 4.

1.17.* Полимеррастворы следует готовить в отапливаемых помещениях при температуре +(1525) °С в следующей последовательности: смола+пластификатор+ускоритель (только солянокислый анилин)+наполнитель. Непосредственно перед склеиванием (укладкой) в охлажденную до температуры +(1520) °С композицию добавляют отвердитель.

_______________

* Нумерация соответствует оригиналу.

Ускоритель - хлорное железо и отвердитель - полиэтиленполиамин вводят в охлажденную композицию перед склеиванием. Хлорное железо перед введением в состав расплавляют в водяной бане при температуре +3040 °С.

В полимеррастворе с хлорным железом нельзя применять в качестве наполнителя цемент, известняк, доломиты; можно применять молотый песок, андезит, диабаз, графит и др. кислотостойкие наполнители, которые перед употреблением просушивают и просеивают через сито N 200.

В приложении 2 в качестве примера дана технологическая схема усиления балки длиной 8,66 м.

В тех случаях, когда конструкция моста, подлежащего усилению наклейкой, не соответствует приведенным примерам, выполняется расчет в соответствии с п.п.3 и 4 данной инструкции.

3.1. Цель расчета - подбор размеров и характеристик несущих и соединительных элементов металлического каркаса усиления из условия повышения несущей способности балок пролетного строения на заданную величину.

3.2. В общем случае расчета последовательно выполняются следующие этапы:

4.1. Фактическая несущая способность железобетонной балки до усиления определяется предельными изгибающим моментом и поперечной силой в расчетных сечениях. Их исчисляют согласно указаний п.3.63 и п.3.78 СНиП 2.05.03-84.

4.2. Избыточный изгибающий момент в расчетном сечении определяется по формуле

,                                                                                                          (1)

где - максимальный изгибающий момент в сечении от действия постоянной и временной нагрузок.

4.3. Избыточное значение поперечной силы в наклонном сечении определяется по формуле

                                                                                                            (2)

где - максимальное значение поперечной силы в наклонном сечении от постоянной и временной нагрузок.

4.4. Необходимая площадь поперечного сечения дополнительной арматуры усиления определяется в зависимости от высоты сжатой зоны до и после усиления:

при (рис.7) и

                                                                (3)

при , но (рис.7в)

    (4)

где - высота сжатой зоны до усиления определяется по формуле

при (рис.2в)*
_______________

* Текст соответствует оригиналу.

     
                                                                               (5)

Здесь

, - расчетное сопротивление растяжению ненапрягаемой арматуры и ее площадь;

, - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию и ширина верхней полки /плиты проезжей части/ балки;

- ширина ребра балки;

, - расчетное сопротивление сжатию и площадь сжатой продольной арматуры;

- расчетное сопротивление арматуры усиления;

, - рабочая высота сечения железобетонной балки до и после усиления соответственно;

- приращение высоты сжатой зоны за счет усиления балки.

Рис.8 Схема усилий в сечении, наклоном к продольной оси железобетонной балки,
при расчете ее по прочности на действие поперечной силы

а) с ненапрягаемой арматурой; б) с напрягаемой арматурой

Рис.9 Схемы для вычисления местных напряжений  в клеевом шве

     
Таблица 4

, , - соответственно изгибающий момент, касательная и нормальная к оси балки силы

                                                                                           (15)

где и - изгибающий момент и поперечная сила в сечении ВС на расстоянии С от опоры;

- отношение модулей упругости арматуры усиления и бетона балки;

и - ширина и толщина арматуры усиления;

- высота балки;

- расстояние от центра тяжести сечения усиленной балки до наиболее растянутого волокна;

- момент инерции приведенного сечения усиленной балки.

Отрывающее и сдвигающее усилия и определяются по формулам

                                                                                                          (16)

где - площадь отрицательной части эпюры ,

        - площадь эпюры .

1. Эпоксидные смолы, отвердители и пластификаторы следует хранить в металлических или стеклянных емкостях с герметически закрывающимися крышками.

2. Складские помещения, где хранятся компоненты полимеррастворов, должны иметь принудительную приточно-вытяжную вентиляцию. Температура в помещениях не должна превышать 20 °С.

3. Эпоксидные смолы, отвердители и пластификаторы при попадании на кожу могут вызвать заболевания - экзему, дерматиты, а при действии паров возможны аллергические заболевания.

Отвердевшие эпоксидные клеи и полимеррастворы не оказывают токсического действия на организм человека и окружающую среду (растения, животный мир).

4. Работы по приготовлению полимеррастворов требуют большой аккуратности и выполнять их следует в вытяжных шкафах или на площадках с естественной аэрацией. При этом рабочим следует располагаться с наветренной стороны по отношению к емкостям, в которых дозируют и готовят полимеррастворы.

5. В случае необходимости подогрев эпоксидной смолы следует выполнять в водяной бане с температурой воды не более 60  70 °С.

В зоне приготовления полимеррастворов и его укладки в конструкцию нельзя пользоваться открытым огнем, курить и принимать пищу.

6. Все рабочие должны иметь защитную спецодежду: хлопчатобумажные халаты с застежкой сзади, головные уборы, полиэтиленовые фартуки, нарукавники, резиновые перчатки.

7. В случае попадания полимерраствора или его составляющих на кожу, необходимо протереть загрязненные участки ватным или марлевым тампоном, смоченным в этиловом спирте, после чего промыть теплой водой с мылом.

8. Все работающие в течение дня должны периодически мыть руки теплой водой с мылом. Мыть руки растворителем запрещается, т.к. это может привести к кожным заболеваниям.

Для защиты кожи лица и рук можно применять селиконовый крем.

9. После окончания работ руки и лицо следует вымыть теплой водой с мылом, а затем смазать их мягким кремом (мазью) на основе ланолина.

10. К работе с полимеррастворами допускаются лица, не моложе 18 лет, прошедшие предварительный медицинский осмотр и получившие соответствующее разрешение медицинской комиссии.

11. К работе не допускаются лица не прошедшие инструктаж по технике безопасности и личной гигиене.

1. Технологическая схема, представленная на рис.1; 2; 3 и 4, составлена для размера балок 8,66 м. При ее использовании для балок других пролетов по данному выпуску, схема должна корректироваться по следующим позициям:

- изменение разметки под отверстия между средними диафрагмами по рабочим чертежам для каждой конкретной длины (11,36; 14,06; 16,76 м);

- увеличение объемов работ в калькуляции затрат также в связи с изменением длин (по рабочим чертежам);

Контроль качества работ, технология, состав рекомендуемого звена и техника безопасности при производстве работ остаются неизменными.

2. При выполнении работ должен осуществляться пооперационный контроль:

- сверление отверстий - мастером контролируется диаметр отверстий;

- приготовление эпоксидной грунтовки и полимерраствора - лаборантом проверяется качество компонентов;

- подготовка ребра балки к наклейке - мастер проверяет чистоту поверхности наклейки;

- укладка полимерраствора в швеллер - мастер проверяет сплошность и равномерность слоя;

- прижатие швеллера к ребру - мастер контролирует динамометрическим ключом затяжку гаек;

- окраска ребра балки и элементов усиления - мастер проверяет качество окраски.

3. В связи с разнообразием конкретных условий по сооружению подмостей, изготовлению элементов усиления, типов подъемных механизмов и приспособлений, а также способов доставки в пролет элементов усиления, вопрос выбора средств по осуществлению этих работ решается исполнителем на месте самостоятельно или с привлечением ПК и ПСБ.

1. Однопролетный автодорожный мост с габаритом проезжей части Г-7+20,75 м. Пролетные строения моста - балочные железобетонные по типовому проекту вып.56 ГПИ Союздорпроект. Расчетный пролет 11,1 м, полная длина 11,36 м. Расстояние между осями балок поперек моста 1,4 м. Материал пролетных строений - бетон М250, рабочая арматура главных балок периодического профиля /ГОСТ 578I-52/. Поперечное сечение балки показано на рис.1a.

Расчетные нагрузки: автомобильная H-13, толпа на тротуарах - 400 кгс/м, гусеничная НГ-60.

Обследованием пролетного строения установлено:

- прочность бетона на сжатие соответствует классу В25;

- размеры и армирование балки соответствуют типовому проекту;

- бетон ребра балки в нижней части имеет трещины на длине 3,7 м в средней части пролета;

- два нижних ряда рабочей арматуры крайней балки значительно корродированы, диаметр стержней составил 27 мм, второго ряда - 28 мм.

Требуется: определить размеры элементов каркаса усиления /рис.1/.

2. Усилия от постоянных нагрузок вычисляются по формуле

где - изгибающий момент или поперечная сила;

, , и - коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для веса покрытия, выравнивающего, гидроизоляционного и защитного слоев и остальной постоянной нагрузки;

, , - нагрузка на 1 пог.м балки соответственно от веса покрытия, выравнивающего, гидроизоляционного и защитного слоев и остальной постоянной нагрузки;

- площадь линии влияния усилий в расчетном сечени

и.

3. Расчетные усилия от временной нагрузки /вторая схема загружения/

где - изгибающий момент или поперечная сила ;

= 1078 кН/м - равномерно распределенная нагрузка;

=107,91 кН - осевая нагрузка тележки;

=1,25 - динамический коэффициент; = 1,2; = 1,2;

и - коэффициенты поперечной установки для полосовой нагрузки и тележки определяются с учетом коэффициента полосности . Результаты расчетов по п.2 и 3 сведены в таблицу 1.

Таблица 1

4. Определение предельного изгибающего момента в расчетном сечении.

Положение нейтральной оси определяется из предположения

= 0,05 м;

поскольку 0,05 < сжатая арматура в расчете не учитывается.

Предельный изгибающий момент

= 591,44 кН·м

Сечение перегружено

793,88 - 591,44 = 202,4 кН·м.

Дополнительная арматура усиления принимается в расчете в виде плоского стального листа /сталь марки 16D/ с расчетным сопротивлением = 215 МПа и толщиной 10 мм /предварительно/.

= 0,77 - 0,01 + 0,005 = 0,765 м / 0,01 - толщина отсекаемого слоя слабопрочного бетона

.

5. Приращение высоты сжатой зоны бетона

0,018 м.

0,05 + 0,018 = 0,068 м.

Требуемая площадь поперечного сечения арматуры усиления