22 - 02 - 2017
SOFiSTiK – универсальный программный комплекс, использующий метод конечно-элементного анализа
Сбор нагрузок и расчет по грунту фундаментов опор автодорожных, железнодорожных и пешеходных мостов
ООО Малое инновационное предприятие Технопарк МАДИ

Публикации

Мост через р. Волгу

Источник: Современные железобетонные мосты. Крыльцов Е.И., Попов О.А., Файнштейн И.С. М., "Транспорт", 1974. 416 с.

Мост через р. Волгу (см. рис. 1) сооружен в 1965 г. из сборного предварительно напряженного железобетона. Мост имеет основную судоходную часть, перекрытую балочно-неразрезным решетчатым пролетным строением по схеме пролетов 106 + 3x166 + 106 м и остальную часть, перекрытую 28-ю балочно-разрезными пролетными строениями длиной по 70 м. Кроме того, на подходах моста сооружено шесть 20-метровых балочно-разрезных пролетных строений. Особенностями моста являются применение балочно-неразрезной решетчатой системы для пролетов 166 м и монтаж неразрезного пролетного строения укрупненными решетчатыми секциями массой до 2700 т, а разрезных 70-метровых – крупными блоками-балками с подачей секций и блоков-балок в пролет на плаву.

 Балочно-неразрезной мост через р. Волгу, 1965 г

Рис. 1. Балочно-неразрезной мост через р. Волгу, 1965 г

Массивные опоры моста возведены на сборных железобетонных оболочках диаметром 5 м.

Балочно-неразрезное пролетное строение состоит из четырех решетчатых надопорных секций по 120 м (рис. 2) и пяти вставок между ними со сплошными стенками по 46 м каждая.

 Рис. 2. Решетчатые пролетные строения моста через р. Волгу

Рис. 2. Решетчатые пролетные строения моста через р. Волгу:
а – фасад и поперечный разрез над опорой; б – привезенная на понтонах надопорная решетчатая секция (ферма); в – расположение напрягаемых элементов в верхнем поясе фермы

Вставки объединены с надопорными секциями после окончания монтажа пролетного строения. В поперечном сечении надопорные секции пролетного строения состоят из двух двухстеночных блоков каждый шириной 7,93 м.

Конструкция решетчатого пролетного строения с пролетами 106 и 166 м (рис. 3) возведена в основной части моста из сборных элементов заводского изготовления, укрупненных на полигоне. Нижние пояса и элементы решетки надопорной секции приняты прямоугольного сечения. Растянутые раскосы (рис. 4) предварительно напряжены на стендах и объединены при изготовлении с концевыми узловыми вставками. Верхние пояса служат одновременно плитой проезжей части и предварительно напряжены при сборке решетчатых секций на специальных подмостях.

Изоляция проезжей части моста состоит из двух слоев стеклоткани, пропитанной битумной эмульсией.

Напрягаемая пучковая арматура решетчатой секции-фермы изготовлена из проволок с пределом прочности 180 кгс/мм2.

 Рис. 3. Схема конструкции и армирования напрягаемыми элементами решетчатой фермы (секции)

Рис. 3. Схема конструкции и армирования напрягаемыми элементами решетчатой фермы (секции): 1–10 – номера узлов


Рис. 4. Раскос 2–3 с узловыми вставками-подушками

Рис. 4. Раскос 2–3 с узловыми вставками-подушками

Анкеры арматуры верхнего пояса стаканного типа, а раскосов – каркасно-стержневые (МИИТа) в виде фонаря из разведенных проволок.

Пролетное строение работает в период монтажа под нагрузками от собственного веса как балочно-консольное, а после замоноличивания соединительных узлов надопорных секций с подвесными балками как балочно-неразрезное.

Решетчатые секции пролетных строений монтировали на специальной металлической подмости, имевшей поперечное перемещение по рельсовым путям и восьмикратно используемой для изготовления секций. На этой подмости с шириной, равной половине ширины моста, собирали надопорные решетчатые секции из укрупненных (на площадке) треугольных элементов, омоноличивали узловые соединения, натягивали напрягаемую арматуру верхних поясов и концевых панелей нижних поясов. В растянутых раскосах, изготовленных на строительной площадке вместе с узловыми вставками (рис. 5), натягивали напрягаемую пучковую арматуру на стенде площадки и подавали на подмость уже объединенными в треугольные элементы (рис. 6).

 Рис. 5. Изготовление треугольного элемента решетчатой фермы

Рис. 5. Изготовление треугольного элемента решетчатой фермы

Монтаж балочно-неразрезного пролетного строения слагался из следующих этапов:

1. Из элементов-блоков заводского изготовления на строительной площадке производили укрупнительную сборку треугольников (в горизонтальном положении) из двух раскосов и одной панели нижнего пояса фермы. Два угла треугольника омоноличивали, а третий соединяли металлическими хомутами со смежным треугольником.

2. Укрупненные треугольники ставили в вертикальное положение. Стыки омоноличивали, а после достижения бетоном необходимой прочности создавали предварительное напряжение в верхнем поясе.

Рис. 6. Кантование треугольного элемента и подача его 100-тонным краном на сборочную подмость  Рис. 6. Кантование треугольного элемента и подача его 100-тонным краном на сборочную подмость
Рис. 6. Кантование треугольного элемента и подача его 100-тонным краном на сборочную подмость

3. Собранную надопорную решетчатую секцию пролетного строения массой 2000 т снимали с подмостей и перекатывали на металлических тележках и вышках на пирс, с которого затем погружали на плашкоут способом баластирования.

4. Надопорные решетчатые секции доставляли на расстояние до 5 км буксирами по воде на плашкоутах (см. рис. 7) и устанавливали на шарнирные части опор. При монтаже надопорных секций применяли металлические аванбеки. Аванбеки обеспечивали взаимную связь и устойчивость элементов при монтаже и заменяли подвесные балки до их установки, замоноличивания и создания предварительного напряжения в соединительных стыках.

 Рис. 7. Перевозка решетчатой секции массой 2700 т на плашкоуте для доставки в пролет моста через р. Волгу

Рис. 7. Перевозка решетчатой секции массой 2700 т на плашкоуте для доставки в пролет моста через р. Волгу

5. Между надопорными секциями устанавливали 46-метровые подвесные балки в главных пролетах при помощи фермоподъемников, размещенных на концах надопорных секций (рис. 8).

Конструкция 70-метрового балочно-разрезного пролетного строения состоит из двух предварительно напряженных двухстенчатых балок, соединенных плитой проезжей части и сборными диафрагмами. П-образные балки армированы напрягаемыми пучками из 42 проволок диаметром по 5 мм с пределом прочности 150 кгс/мм2. Эти П-образные балки-блоки были изготовлены на стендах, где устанавливали каркасы их арматуры, бетонировали, пропаривали и создавали предварительное натяжение с помощью батарей из 12 гидравлических домкратов грузоподъемностью по 500 т. Для изготовления всех 70-метровых пролетных строений были построены три железобетонных стенда. П-образные балки-блоки вынимали из стенда 800-тонным фермоподъемником.

Многократная повторяемость однотипных элементов конструкций пролетных строений и опор позволила обеспечить при изготовлении и монтаже моста единый технологический порядок. Строительство моста шло непрерывно. В зимнее время применяли утепление бетонируемых стыков паропрогревом или электропрогревом. Общий срок изготовления и монтажа пролетных строений моста составил четыре года.

Среднегодовой темп в сутки изготовления и монтажа моста составил 21 м2, а наибольший – 26 м2 горизонтальной площади.

При проектировании моста были произведены с помощью ЭЦВМ М-2 статические пространственные расчеты балочно-неразрезного решетчатого пролетного строения на устойчивость и прочность с учетом жесткости узловых соединений, а также определено сложное предварительно напряженное состояние узловых деталей с учетом армирования узлов.

Расчет устойчивости нижнего пояса пространственной решетчатой системы производился путем определения величины критического распора по методу малых возмущений проф. А. Ф. Смирнова. Проверяемый на устойчивость нижний сжатый пояс, представляющий половину опорной секции с пятью панелями, рассматривали как раму с конечным числом степеней свободы. При применении метода перемещений были наложены на систему линейные связи п нижнего пояса, угловые связи т1 скручивания верхнего пояса и угловые связи т2 поворота узлов нижнего пояса. Проверка устойчивости нижнего пояса показала, что расчетная критическая сила составляет 27310 тс, т. е. в 13,6 раз больше усилия в поясе, равного 2003 тс.


Рис. 8. Установка подвесных балок в проектное положение при помощи двух фермоподъемников
Рис. 8. Установка подвесных балок в проектное положение при помощи двух фермоподъемников

Рис.9. Эпюры изгибающих моментов от жесткости узлов решетчатой фермы

Рис.9. Эпюры изгибающих моментов от жесткости узлов решетчатой фермы. Цифрами показана величина момента в тс·м


Для определения влияния на работу системы жесткости узлов пятипанельная решетчатая ферма была рассмотрена как система 29 раз статически неопределимая и расчет ее был произведен в матричной форме с применением метода сил.

Изгибающие моменты от жесткости узлов балочно-неразрезного пролетного строения оказались наибольшими в узлах присоединения коротких раскосов (рис. 9). Величину изгибающих моментов от жесткости узлов учитывали при расчете узловых соединений на прочность и трещиностойкость.

Для расчета армирования узловых соединений, работающих в условиях сложных напряженных состояний, был применен метод приведенных модулей нормальной и поперечной упругости для условно изотропной плиты, разработанный в МИИТе д-ром техн. наук А. В. Носаревым. Сравнением результатов расчета и экспериментальных исследований на образцах установлено, что анизотропия, вызываемая армированием узлов по различным направлениям, практически не влияет на распределение напряжений в узлах.

Ввиду сложности и новизны конструкции балочно-неразрезного пролетного строения были произведены экспериментальные исследования на крупномасштабной модели его решетчатой надопорной секции, а также лабораторные исследования моделей узловых соединений.

Модель надопорной решетчатой секции (рис. 10) была изготовлена в масштабе 1/5 натуральной величины и детально испытана в упругой и упруго-пластической стадиях работы, что позволило учесть результаты исследований при разработке проекта деталей конструкции. Экспериментальному исследованию подвергали узловые вставки трапецеидального и фасонного очертаний (рис. 11). Величины расчетных и измеренных траекторий напряжений в достаточных пределах соответствовали друг другу. Хотя траектории напряжений при фасонном очертании вставок имеют более плавный характер, однако практически более удобны трапецеидальные вставки, которые и были приняты для конструкции пролетного строения.

Рис. 10. Модель надопорной решетчатой секции (фермы)

Рис. 10. Модель надопорной решетчатой секции (фермы)

Экспериментальное исследование крупномасштабной модели из бетона М-600 с пучками из проволоки с пределом прочности 150 кгс/мм2 состояло в проверке прочности и трещиностойкости элементов на всех стадиях монтажа и загружения испытательными нагрузками. Были определены осевые усилия в элементах ферм при обжатии напрягаемой арматурой раскосов, верхнего пояса, а также напряжения от жесткости узлов, неточности сборки и изменения усилий при развитии трещин и пластических деформаций.

Арматуру элементов решетки модели натягивали на специальных стендах, а элементов верхнего пояса – 90-тонными домкратами ЦНИИМа. Контролировали натяжение манометрами на маслонасосе и по удлинению арматуры. Все 12 пучков натягивали последовательно на обеих половинах модели и от середины к краям с повторной подтяжкой пучков. Модель загружали четырьмя 200-тонными домкратами с доведением нагрузки до 125 тс. Полное контролируемое усилие шести пучков верхнего пояса составило 807 тс.

При испытании модели общие деформации и величину натяжения в узлах и элементах измеряли нивелирами (с точностью отсчета 0,1 мм) и электрическими датчиками. Кроме того, были замерены деформации элементов с помощью деформометров с базой 125 мм, наклеиваемых на бетон. Точность измерения натяжений составила по датчику 2,5 кгс/см2, а по деформометрам 3 кгс/см2. Установлено, что в пределах испытательных нагрузок, превышающих расчетные в 2,14 раза, модель полностью сохраняла прочность и имела еще некоторый запас по грузоподъемности. Установлено также, что дополнительные изгибающие моменты от жесткости узлов оказывают существенное влияние на величину фибровых напряжений и трещиностойкость, следовательно, эти напряжения нужно учитывать при проектировании, а конструкциям сопряжения раскосов с фасонными вставками нужно придавать плавность (например, при посредстве вутов).


 Рис. 11. Траектории главных напряжений в узловых соединениях (вставках) фермы

Рис. 11. Траектории главных напряжений в узловых соединениях (вставках) фермы:

а - экспериментальная; б – расчетные. Цифрами у стрелок показано усилие в тс

Испытания моделей показали, что бетон омоноличивания напрягаемой пучковой арматуры плиты, свободно уложенной на поверхности и работающей в условиях связанной деформации, обладает повышенной растяжимостью. Среднее условное растягивающее напряжение в бетоне омоноличивания перед образованием трещин составило около 100 кгс/см2, а относительное удлинение – 3x10-4. Жесткость решетчатой конструкции при работе ее в упругой стадии превышает расчетную, но с образованием трещин снижается.

В период изготовления и монтажа пролетных строений моста были проведены экспериментальные работы, которые состояли в исследованиях:

1) напряженного состояния 70-метровых пролетных строений в процессе их изготовления и набора прочности с учетом температурно-влажностного режима;

2) усадки и напряженного состояния элементов сквозных надопорных секций пролетного строения в различных стадиях монтажа и в процессе проявляющейся ползучести.

Напряженное состояние в элементах сквозных пролетных строений при замыкании подвесных секций определяли посредством измерений деформаций бетона при помощи съемных деформометров (с базой 180–200 мм и точностью отсчета 0,001 мм) и прогибомерами, регистрирующими горизонтальные перемещения. Установлена достаточная сходимость расчетных и измеренных данных и некоторая неравномерность распределения напряжений по высоте стыка (со снижением в средней части), что можно объяснить внецентренным приложением усилий предварительного обжатия и пластическими свойствами бетона раннего возраста.

Сравнение измеренных деформаций пролетных строений с теоретическими их значениями, определенными по формуле проф. В. В. Михайлова, показали достаточную сходимость данных в начальный период и некоторое завышение в последующий.

Испытание моста под действием расчетной нагрузки подтвердило высокие технические качества этого крупнейшего уникального железобетонного сооружения.

Балочно-неразрезное пролетное строение судоходной части имеет следующие показатели расхода основных материалов на 1 м2 площади моста; бетон М-500 – 0,95 м3, арматура – 256 кг, в том числе высокопрочная проволока – 72 кг.

Метки:     мост      волга      саратов      энгельс      железобетонный      ферма      проектирование

Новости ФОРУМА
 
 

 

Транспортные сооружения - научный журнал

Кафедра Транспортное строительство СГТУ

Блог о расчeтах мостов Портал мостостроителя

Ingener.kz: Всё для инженеров

СК Стройкомплекс-5