Армирование железобетонных балок ненапрягаемой арматурой

Железобетонные мосты с простыми балками

Блок плитного пролетного строения под железную дорогу (рис. 6.16) имеет основную рабочую арматуру (1), воспринимающую растягивающие усилия при изгибе блока, которую ставят по расчету на прочность. Необходимую площадь арматуры обычно набирают из стержней периодического профиля d = 16–40 мм. С помощью отгибов (2) концы растянутой рабочей арматуры надежно закрепляют в сжатой зоне блока. Кроме того, отгибы уменьшают раскрытие наклонных трещин в бетоне, возникающих от действия главных растягивающих напряжений, и повышают сопротивление наклонных сечений поперечной силе. Не менее 1 /4 стержней рабочей арматуры выполняют без отгибов и заводят за ось опирания блока, заканчивая их прямыми крюками (стержни № 5).

Размещение рабочей арматуры удобно показывать под поперечным сечением блока в виде таблицы, в которой каждая клетка содержит номер соответствующего стержня. По таблице вместе с продольным разрезом блока можно определить количество, форму и расположение стержней рабочей арматуры.

Под продольным разрезом блока приводят выноску из стержней, на которой указывают длину всех прямолинейных и криволинейных участков. Выноской руководствуются при изготовлении стержней.

Для сокращения числа номеров стержни рабочей арматуры располагают несимметрично относительно середины пролета. При этом стержни одного номера образуют отгибы в четырех местах по длине блока.

Хомуты (8), как и отгибы, служат для уменьшения раскрытия наклонных трещин и повышения прочности наклонных сечений, а также объединяют верхнюю и нижнюю арматуры блока в жесткий каркас, который после изготовления устанавливают в опалубку. Хомуты обычно изготовляют из круглой стали d = 8–12 мм. В одном поперечном сечении ставят несколько хомутов, каждый из которых охватывает три растянутых стержня (более пяти не допускается) в одном горизонтальном ряду арматуры. Вверху хомуты прикрепляют к стержням монтажной арматуры (9).


Рис. 6.16 – Армирование плитного пролетного строения

При нагрузке, действующей на блок неравномерно по ширине, может возникнуть изгиб его в поперечном направлении с появлением растянутой зоны, которую армируют стержнями распределительной арматуры (4).

Консоли плиты, изгибаемые в поперечном направлении, работают как балки, заделанные одним концом. Рабочую арматуру консолей (3) ставят у верхней грани, определяя расчетом количество и диаметр стержней, которые для правой и левой консолей могут быть общими. Консоли целесообразно армировать стержнями периодического профиля d = 10–16 мм. Аналогичную конструкцию имеет рабочая арматура бортиков и тротуарных консолей (5).

Стержни (3) и (5) армируют входящий угол между верхней гранью плиты и бортиком. Концы стержней перекрещиваются и имеют необходимую заделку в бетоне. В консолях, бортиках и тротуарных плитах необходима также распределительная арматура (6).

По нижней поверхности консолей и бортиков часто предусматривают противоусадочную арматуру из сетки (7), которая уменьшает раскрытие возможных трещин от усадки бетона. Кроме того, стержни этой арматуры служат рабочими в случае появления в консоли положительных изгибающих моментов от случайных ударов снизу или при действии инерционных сил во время перевозки и установки блока. Нерасчетная арматура (распределительная, монтажная, противоусадочная) имеет d = 8–10 мм.

Армирование плиты балластного корыта или проезжей части ребристых пролетных строений зависит от ее конструкции (плита, не имеющая разреза между ребрами, или консольная плита, например при Т–образных блоках без соединения плит на монтаже).

Неразрезная плита (рис. 6.17, а) в поперечном направлении работает на изгиб как балка, упруго защемленная в ребрах. Наибольшие изгибающие моменты могут возникнуть в сечениях А–А, Б–Б, В–В, необходимое количество рабочей арматуры в которых определяют расчетом.

В выноске указывают количество стержней рабочей арматуры на 1 пог. м плиты в направлении оси пролетного строения. Так, в сечениях А–А и Б–Б требуется по расчету поставить 10 стержней у верхней грани плиты, а в сечении В–В – 8 стержней у нижней грани. Часть стержней (№ 2 и 3) отгибают вверх для использования как в верхней, так и в нижней зонах. Одновременно это позволяет объединить арматуры плиты в жесткий каркас.

В плите, изгибающейся как пластинка, изгибающие моменты действуют не только в поперечном, но и в продольном направлении, поэтому необходимо предусматривать распределительную арматуру (стержни № 5 и 7).

Рис. 6.17 – Армирование плиты

В плите Т–образного блока со свободными краями рабочая арматура (стержни № 1 и 2) расположена у верхней грани (рис. 6.17, б). Изгибающие моменты уменьшаются от ребра к краям, поэтому часть стержней (№ 2) можно не доводить до края плиты, делая их короче.

Арматуру плиты изготовляют в виде сварных сеток на специальных машинах. Верхняя сетка СПВ состоит из стержней рабочей и распределительной арматур (стержни № 3), нижняя сетка СПН – из противоусадочных стержней № 4 и 5. Закругление также армировано сеткой СПЗ. Сетки увязывают в жесткий каркас с помощью монтажных стержней. Неразрезную плиту также можно армировать сварными сетками без перевода стержней из верхней зоны в нижнюю.

О назначении различных видов арматуры и о рекомендуемых ее диаметрах было сказано выше при рассмотрении армирования консолей плитных пролетных строений (см. рис. 6.16). Там же показано армирование бортиков и плит тротуаров.

Рабочую арматуру ребра располагают в нижней зоне (рис. 6.18). По мере уменьшения изгибающих моментов к опоре в соответствии с расчетом стержни рабочей арматуры отводят вверх, образуя отгибы, и закрепляют в сжатой зоне.

Рис. 6.18 – Армирование ребра

Ребро имеет стенку переменной толщины. От конца до сечения А–А форма ребра прямоугольная, а к середине пролета толщина стенки уменьшается. Отгибы рабочей арматуры не должны выходить за пределы бетона, поэтому в средней части блока до сечения А–А можно отгибать только стержни № 1, 2, 3, расположенные в двух средних вертикальных рядах.

Стенку армируют сварными сетками (1), состоящими из вертикальных стержней № 10, называемых хомутами, и стержней № 8 продольной арматуры. Продольную арматуру ставят для уменьшения раскрытия вертикальных трещин, образующихся в растянутой зоне ребра и стянутых в нижней части рабочей арматурой (армирование диафрагм и зоны опирания ребра на опорную часть не показаны).

Диафрагмы между ребрами, не стыкуемые при монтаже, армируют сетками из вертикальных и горизонтальных стержней. Горизонтальные стержни должны иметь хорошую заделку в ребрах, а вертикальные – в верхней плите.

Рассмотрим некоторые общие принципы выбора расположения стержней в бетоне при проектировании.

Рабочую арматуру располагают в бетоне одиночными стержнями (рис. 6.19, а), пучками по два–три стержня (рис. 6.19, б, в) или (в арматурных сварных каркасах) вертикальными рядами стержней, соединенных сварными швами (рис. 6.19, г, д).

Рис. 6.19 – Расположение рабочей арматуры в бетоне

При выборе расположения рабочей арматуры прежде всего надо обеспечить свободный проход бетона между стержнями или пучками стержней при изготовлении элемента, поэтому необходимо соблюдать минимальные расстояния в свету между стержнями и между стержнями и опалубкой. Применяемые для уплотнения бетона вибраторы с гибким валом имеют диаметр рабочего органа 51–76 мм, в связи с чем между вертикальными рядами арматуры желательно оставлять один–два промежутка шириной 6–8 см; остальные промежутки должны быть не менее 5 см.

Расстояние в свету между стержнями рабочей арматуры и опалубкой (защитный слой) принимают не менее 3 см. для обеспечения свободного прохода бетона и надежной защиты рабочей арматуры от коррозии во время эксплуатации сооружения. С другой стороны, защитный слой не должен быть больше 5 см, так как при большой толщине в неармированном слое бетона могут развиваться усадочные или силовые трещины.

Армирование железобетонных пролетных строений должно обеспечивать воспринятие растягивающих напряжений в сечениях элементов в предположении, что бетон в растянутой зоне не работает. При этом раскрытие трещин в бетоне, если они появятся, не должно превосходить величины, при которой снижается долговечность сооружения. В изгибаемых балках у середины пролета могут возникать трещины в нижней части сечения за счет действия нормальных растягивающих напряжений при изгибе. Эти трещины имеют вертикальное направление. Ближе к опорам могут появляться наклонные трещины от действия главных растягивающих напряжений, причем угол наклона увеличивается от середины пролета к опорам до 45°.

Сами трещины в растянутой зоне бетона не опасны. Их учитывают в расчете, причем прочность, выносливость и жесткость железобетонных конструкций обеспечиваются, несмотря на наличие трещин. Опасным является увеличение раскрытия трещин, так как при значительной ширине в трещины может попасть вода, вызывающая ржавление арматуры или выщелачивание бетона. Предельная ширина трещин, при которой они не представляют опасности в отношении долговечности моста, составляет 0,2 мм.

В результате многократно повторного приложения временной нагрузки ширина появившихся трещин постепенно возрастает за счет потери сцепления арматуры с бетоном на участке между трещинами.

При одинаковом напряжении в арматуре раскрытие трещин увеличивается, если трещины будут появляться на большем взаимном расстоянии. Для уменьшения расстояния между трещинами необходимо увеличивать сцепление между арматурой и бетоном и сокращать площадь растянутой зоны бетона (повышать насыщение растянутой зоны арматурой).

Сцепление арматуры с бетоном можно увеличить применением стержней меньшего диаметра, так как при этом увеличивается их суммарный периметр. Так, один стержень d = 42 мм. имеет такую же площадь поперечного сечения, что и три стержня d = 24 мм, но периметр последних больше в 1,7 раза. Даже при расположении трех стержней плотным пучком периметр его значительно больше периметра одного стержня той же площади. Резкого повышения сцепления достигают применением арматуры периодического профиля вместо гладкой.

Для увеличения насыщения растянутой зоны бетона арматурой следует назначать размеры растянутой зоны минимально необходимыми по условиям размещения арматуры с учетом обеспечения качественного бетонирования этой зоны.

При армировании ребра плоскими сварными каркасами (рис. 6.20) стержни сваривают между собой (рис. 6.19, г), арматуру ребра составляют из набора каркасов, имеющих отгибы в разных местах по длине балки. Это дает более компактное расположение арматуры; плечо внутренней пары сил при той же высоте сечения увеличивается, поэтому несколько уменьшается расход арматуры. Часто можно обойтись без развития нижнего пояса ребра, благодаря чему упрощается форма блоков и уменьшается расход бетона.

Рис. 6.20 – Плоский сварной каркас

Недостаток арматуры в виде сварных каркасов – большой объем сварочных работ, выполняемых в основном вручную. Кроме того, возможно появление продольных трещин на нижней поверхности ребра, так как бетон разбит рядами арматуры на вертикальные слои, плохо связанные друг с другом. Для улучшения связи между слоями бетона, расположенными между вертикальными рядами арматуры, в них через три–четыре стержня следует оставлять просвет, равный диаметру стержня (рис. 6.19, д). Достаточность этого проверяют расчетом конструкции на трещиностойкость.

В местах перегиба стержень, стремясь выпрямиться, оказывает давление на бетон. Во избежание смятия бетона и концентрации напряжений в арматуре необходимо устраивать перегибы стержней по окружности достаточно большого радиуса (12d). В местах, где рабочая арматура не очень напряжена, например на концевых участках балок, можно ограничиться перегибом с радиусом 3d.

При размещении отгибов надо следить, чтобы на участке, где их ставят по расчету, в любом сечении, нормальном к оси балки, был по крайней мере один отгиб. Если поставить хомуты, достаточные по расчету для прочности и трещиностойкости балки, то отгибов можно не делать. В этом случае в местах обрыва стержней возникают концентраторы растягивающих напряжений в бетоне. Чтобы ослабить их влияние, необходимо распределять обрывы по длине.

Стыки растянутой арматуры осуществляют при помощи сварки. При стыковании стержней до постановки в арматурные каркасы лучшие результаты дает контактная сварка встык методом оплавления, причем для конструкций железнодорожных мостов, рассчитываемых на выносливость, следует применять механическую зачистку шва для уменьшения концентрации напряжений. Стыки арматуры, устраиваемые после постановки стержней в каркасы или при монтаже сборных конструкций, если арматура растянута и подвержена значительному воздействию временной нагрузки, рекомендуется выполнять ванным способом (рис. 6.21).

Рис. 6.21 – Стыкование арматуры

При значительных размерах растянутой зоны недостаточно поставить расчетное количество арматуры у растянутого волокна. Для предупреждения значительного раскрытия трещин следует армировать растянутую зону бетона по всей ее высоте. Для этого стенку снабжают продольной арматурой d = 8–14 мм, располагая ее на 1 /3 высоты через 10–12d.

При проектировании нужно иметь в виду, что растянутая зона бетона может возникнуть там, где появляются местные напряжения от сосредоточенных усилий, а также неучтенные расчетом растягивающие напряжения, например при действии отрицательных моментов в плите балластного корыта над диафрагмами. Такие места следует армировать для предотвращения появления или уменьшения раскрытия трещин, причем направление арматуры необходимо выбирать так, чтобы она пересекла возможные трещины под углом, по возможности близким к 90°.

Основное назначение хомутов в балках – обеспечение прочности по наклонным сечениям. Количество хомутов на участках, где действуют значительные поперечные силы (у опор), определяют расчетом.

На участках, где поперечные силы невелики и хомуты по расчету не требуются, их ставят конструктивно. При этом каждый хомут должен охватывать в одном ряду не более пяти растянутых или трех сжатых стержней, а расстояние между хомутами по длине блока не должно превышать 50 см. или 3 /4 высоты сечения.

В местах действия значительных сжимающих напряжений может произойти разрушение бетона – появление трещин, направленных вдоль сжимающего усилия. Эти трещины возникают за счет поперечных деформаций бетона, для сдерживания которых и предупреждения появления трещин можно поставить так называемую косвенную арматуру. Эту арматуру, применяемую в виде сеток, хомутов или спиралей, располагают так, чтобы при поперечных удлинениях бетона в ней возникали растягивающие усилия.

Защитный слой бетона в свету для хомутов и нерасчетной арматуры должен иметь толщину не менее 1,5 см.

Не допускается армировать входящие углы перегибом стержней рабочей арматуры по очертанию угла. В этом случае следует продолжать прямолинейные стержни рабочей арматуры и делать их перекрещивающимися, располагая в разных вертикальных плоскостях (рис. 6.22). Отрыв защитного слоя может быть вызван потерей устойчивости сжатых арматурных стержней. Для предупреждения этого применяют хомуты, расстояние между которыми в изгибаемых элементах не должно быть более 20 см. Если сжатая грань элемента имеет выпуклое очертание, то сечение хомутов должно быть проверено на полную величину радиального усилия отрыва.

Рис. 6.22 – Армирование входящего угла

Арматура всего блока должна быть связана хомутами в достаточно жесткий каркас с обеспечением проектного положения стержней при бетонировании. Хомуты прикрепляют к верхней и нижней арматуре. В ряде случаев для образования жесткого каркаса необходима дополнительная монтажная арматура.

По материалам сайта: http://vse-lekcii.ru