Указания по строительству балочных железобетонных мостов

УКАЗАНИЯ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ БАЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ

Общие сведения

Бетон и арматура

Железобетон представляет собой материал, состоящий из бетона и стали, работающих совместно. Бетон хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение, поэтому сталь (арматуру) размещают в бетоне так, чтобы она воспринимала растягивающие усилия.

Благодаря хорошему сцеплению между бетоном и стальной арматурой, а также почти одинаковым коэффициентам их температурного расширения железобетонные элементы в виде плит, балок, стоек, арок хорошо работают в строительных конструкциях. Кроме того, стальная арматура, находясь в бетоне, не подвергается ржавлению. В современных железобетонных мостах применяют два вида армирования. Стержни арматуры могут быть установлены в бетон без придания им каких-либо начальных усилий. Такую арматуру называют ненапрягаемой, а железобетон с этой арматурой - железобетоном с ненапрягаемой арматурой (или обычным железобетоном). Арматура может быть подвергнута начальному натяжению и в таком виде введена в железобетонную конструкцию. Тогда бетон будет обжат реактивными усилиями натянутой арматуры. Такую арматуру называют напрягаемой, а железобетон с этой арматурой предварительно напряженным.

Бетон. В железобетонных мостах применяют бетон на портландцементе, сульфатостойком портландцементе, глиноземистом цементе и др. Портландцемент наиболее употребителен для ответственных сооружений. Сульфатостойкий портландцемент и глиноземистый цемент применяют в конструкциях, которые могут подвергаться действию морской, минерализованной и болотной воды или другим агрессивным химическим воздействиям, вредно влияющим на портландцемент. Качество цемента определяется его маркой или так называемой активностью. Активность (марка) цемента - это предел прочности на сжатие кубика из цементного раствора в возрасте 28 дней. В мостах обычно применяют цементы с активностью от 30 до 60 МПа.

Бетон конструкций мостов подбирают в зависимости от требуемых условий прочности, морозостойкости, а в некоторых случаях водостойкости и водонепроницаемости конструкции. При этом должны учитываться размеры, долговечность и значимость сооружений, а также условия его работы.

Проектные марки бетона по прочности при сжатии характеризуются прочностью при сжатии (в кгс/см) кубов размером 15х15x15 см в возрасте 28 дней при хранении их в условиях, аналогичных условиям твердения изготавливаемых конструкций. В мостах применяют бетон М-200, М-250, М-300, М-350, М-400, М-450, MV500, М-550, М-600, М-700 и М-800. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях применяют бетоны не ниже М-350-М-450, в зависимости от вида применяемой арматуры.

Прочность бетона в момент его обжатия предварительно напряженной арматурой должно быть не менее 30 МПа независимо от марки бетона, принятой для конструкции.

Проектная марка бетона по водонепроницаемости соответствует давлению воды (в кгс/см), при котором еще не наблюдается ее просачивание через образец бетона в возрасте 28 сут., испытанного по специальному режиму. Эта марка должна быть не ниже В4 в подводных и подземных частях, и не ниже В6 в водопропускных трубах, элементах дорожной одежды проезжей части и переходных плитах.

Проектная марка бетона по морозостойкости соответствует числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, после которых его прочность на сжатие снижается не более чем на 10-15%. Для конструкций железобетонных мостов предусмотрены марки по морозостойкости Мрз100, Мрз150, Мрз200 и Мрз300, а в особо тяжелых условиях Мрз400 и Мрз500. Проектная марка бетона по морозостойкости назначается в зависимости от среднемесячной температуры воздуха наиболее холодного месяца в районе сооружения и зоны расположения рассматриваемой части конструкции: над водой, в зоне переменного уровня, под водой, в зоне вечной мерзлоты и т.п.

Конструкции мостов возводят из тяжелого, вибрированного бетона со средним удельным весом 23,0 кН/м на заполнителе из песка и щебня или гравия прочных естественных пород. Средний удельный вес железобетона зависит от насыщения бетона стальной арматурой и может определяться (в кН/м) как 23 + 49, где - коэффициент армирования. Обычно средний удельный вес железобетона составляет около 24,5 кН/м. Допускается по специальным нормам применять легкий бетон с заполнителем из керамзита или других материалов; средний удельный вес таких бетонов составляет около 18 кН/м.

Марка (кубиковая прочность) бетона на сжатие служит условной характеристикой прочности бетона. Действительная прочность бетона в конструкции может быть полнее оценена прочностью на сжатие бетонных образцов в виде призм, высота которых превышает поперечный размер в 3,5 раза или более. Призменная прочность тяжелого бетона составляет 70-80% его кубиковой прочности. Прочность бетона при растяжении невелика и обычно в 10-15 раз меньше его кубиковой прочности при сжатии. На скалывание (срез) бетон работает лучше, чем на растяжение. Предел прочности на скалывание примерно в 2,5 раза больше предела прочности на растяжение.

Необходимая прочность, плотность, морозостойкость и долговечность бетона достигаются соответствующим подбором его состава.

Наибольшее влияние на прочность и плотность бетона оказывает количество и активность цемента, а также отношение массы воды к массе цемента, называемое водоцементным отношением (В/Ц).

Активность применяемого цемента обычно в 1,3-1,8 раза более проектной марки бетона на сжатие. Расход цемента на 1 м бетона должен быть не менее 250 кг, а в конструкциях, соприкасающихся с водой, - не менее 270 кг. Излишнее количество цемента может вредно влиять на бетон, вызывая большие деформации ползучести и усадки, и быть причиной образования в нем трещин. Поэтому в конструкциях мостов не допускают расхода цемента более 450 кг на 1 м(3) бетона. Увеличение водоцементного отношения уменьшает прочность бетона, поэтому следует уменьшать количество воды для его затворения. Однако при малом количестве воды бетонная смесь получается очень жесткой и ее укладка и уплотнение затрудняются. Для мостов применяют обычно бетонные смеси с водоцементным отношением не более 0,6-0,65. При уплотнении бетонной смеси длительным вибрированием могут применяться жесткие смеси с В/Ц = 0,3.

Увеличение пластичности (подвижности) бетонной смеси при укладке достигается добавлением в нее специальных веществ - пластификаторов.

Арматура. В железобетонных мостах применяют следующие основные виды арматуры:

- горячекатаные гладкие круглые стержни класса А-1, марок ВСт3сп2, ВСт3пс2 и ВСт3Гпс2, диаметром от 6 до 40 мм или марок Ст3сп3, Ст3пс3, Ст3кп3, ВСт3кп2, диаметром 6-10 мм. Горячекатаные стержни периодического профиля класса А-П, марок ВСт5сп2, ВСт5пс2, 18Г2П, диаметрами от 10 до 40 мм; горячекатаные стержни периодического профиля класса А-Ш, марок 25Г2С и 35ГС, диаметром 6-40 мм, класса A-IV марок 20ХГ2Ц и 80С, диаметром 10-22 мм и класса A-V марки 23Х2Г2Т, диаметром 10-22 мм;

- термически упрочненные стержни периодического профиля классов Ат-IV, At-V и At-VI, диаметром 10-25 мм;

- высокопрочная холоднотянутая гладкая проволока класса В-II, диаметром 3-8 мм;

- высокопрочная холоднотянутая проволока периодического профиля класса Вр-II, диаметром 3-8 мм;

- арматурные канаты из высокопрочной проволоки класса А-7 (семипроволочные пряди), диаметром 9-15 мм;

- канаты спиральные, двойной свивки или закрытые.

Горячекатаные круглые стержни прокатывают из углеродистой мартеновской и кислородно-конверторной стали. Горячекатаные стержни периодического профиля имеют поверхность со специальными выступами, увеличивающими ее сцепление с бетоном. Лучшая связь с бетоном дает возможность допускать в арматуре большие растягивающие напряжения без опасности растрескивания окружающего бетона. Поэтому арматуру периодического профиля прокатывают из более прочной углеродистой стали.