Реконструкция и усиление железобетонного моста через реку.

rekonstruktsia.dwg

Поперечный разрез моста до реконструкции
Проект неразрезного металлического пролетного строения с ортотропной плитой проезжей части
ГОУВПО ВГТУ 28-13-12
ВГТУ Кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов
Поперечный разрез существующего моста.
Первый вариант реконструкции моста.
Второй вариант реконструкции моста.
Опалубочный чертеж старой балки
Варианты усиления моста подобраны в соответствии с ВСН 51-88 2. Армирование выполнено на основе типового проекта 56 3. Швеллер для усиления подобран из альбома типовых решений 4. Класс бетона В30 5. Класс ненапрягаемой арматуры АII по ГОСТ 5781-82 6. Все размеры в мм 7. Все отметки в м
Опалубочный чертеж усиленной балки
Армирование балки с ненапрягаемой арматурой
ВГТУ ДТФ 2841 13-28-04
Проект реконструкции и усиления мостового сооружения
Варианты реконструкции моста
Кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов

Реконструкция2.docx

) Описание существующего моста ..4
) Оценка грузоподъемности существующего моста по опалубочным и арматурным чертежам
1) Исходные данные для расчета грузоподъемности существующего моста 5
2) Нормативные нагрузки . ..6
3) Расчет главных балок. Определение КПУ 7
4) Определение расчетных усилий . . 10
4.1) Усилия от нагрузки А-11 11
4.2) Усилия от нагрузки НК-80 . 12
5) Расчет требуемой площади арматуры .. 13
6) Определение грузоподъемности консолей плиты проезжей части 15
) Варианты реконструкции мостового сооружения .. 17
) Мероприятия направленные на исправление и устранение дефектов на мостовом сооружении. .19
) Список литературы 22
В процессе эксплуатации мостовое сооружение как и любая другая строительная конструкция подвергается воздействию природно-климатических факторов постоянных и временных нагрузок химических веществ как следствие интенсивного движения автомобилей или ухода за сооружением. В результате в элементах мостового сооружения появляются повреждения и дефекты материал конструкций претерпевает структурные преобразования (происходит их деструкция) повреждения развиваются с разной интенсивностью и могут в конечном счете вызвать разрушение конструкций. Таким образом со временем сооружение неизбежно стареет теряет свои первоначальные качества и естественно потребительские свойства.
Главной задачей дорожной отрасли России является улучшение состояния автомобильных дорог и искусственных сооружений на них. Проблема улучшения состояния автодорожных мостов в России как наиболее сложных и ответственных элементов автомобильных дорог усугубляется большим количеством сооружений с неудовлетворительным состоянием как на дорогах общего пользования России в целом так и на Федеральной сети. В соответствии с «Концепцией улучшения состояния мостовых сооружений на федеральной сети автомобильных дорог России (на период 2002-2010 гг.)» по данным Федерального дорожного агентства (Росавтодор) - на дорогах общего пользования страны на 2000 г. эксплуатируется 41800 сооружений (в том числе 33464капитальных) протяженностью около 1600 км (в том числе 1500 км капитальных сооружений) из них ~ 20 % продолжает оставаться в неудовлетворительном состоянии.
Показателями неудовлетворительного состояния мостовых сооружений являются:
недостаточный габарит большого количества сооружений (как следствие низкая пропускная способность)
недостаточная грузоподъемность мостовых сооружений что приводит к ограничению по массе обращающихся транспортных средств и нагрузок на их оси
наличие дефектов и повреждений в конструкциях снижающих срок службы сооружения
низкий уровень безопасности дорожного движения (в частности из-за повреждения покрытия мостового полотна и расстройства конструкций ограждений безопасности) прохода пешеходов.
Неудовлетворительное техническое состояние мостов является серьезной угрозой нормальному функционированию дорожной сети приводит к большим социально- экономическим потерям в стране. Эксплуатация мостов в том виде как это происходит сегодня приводит к уменьшению срока их службы снижению надежности повышению рисков.
Эксплуатируемые длительное время их пролетные строения во многих случаях не обладают необходимой несущей способностью. Усиление мостов под современные временные подвижные нагрузки может быть осуществлено увеличением сечений несущих элементов изменением расчетной схемы и устройством дополнительных разгружающих конструкций. Усиление производят обычно без разгрузки собственного веса так как осуществлять разгрузку бывает трудно. В данном курсовом проекте используются такие методы усиления пролетного строения как добавление стержней рабочей арматуры или с помощью наклеивания металлических элементов эпоксидным клеем. При этом способе в растянутой зоне балки приклеивается швеллер объемлющий ребро балки снизу в приопорной зоне по концам балок на обеих сторонах ребра располагаются стальные полосы приклеенные к бетону ребра и обжатые болтами. Швеллер и полосы объединяются напрягаемыми тягами вертикальными в середине пролета и наклонными у опор. Верхние концы тяг закреплены болтами пропущенными через бетон ребра балки а нижние имеющие резьбу пропущены через упоры швеллера.
Также данная работа выполняется с целью освоения приемов и инженерных решений по уширению габарита мостового сооружения. В зависимости от величины увеличения габарита различают несколько способов уширения железобетонных мостов за счет:
Удлинения тротуарных консолей на 05 м и смещения положения тротуаров;
Уширения на 2 м установкой дополнительных балок с опиранием на удлиненный ригель и опорный столик;
Удлинения тротуарной консоли на 10 м с опиранием на диафрагму и смещения положения тротуаров;
Уширения габарита на 2 -25 м накладными плитами;
Сооружения дополнительных опор удлинения ригеля и установки дополнительных балок с уширением габарита на 35 – 40 м;
Установки приставных балок на уширенных опорах.
Каждый из указанных способов может быть использован при уширении
мостов с пролетными строениями ребристыми сборными или монолитными а также балками другого типа.
Характеристика существующего моста.
Производится реконструкция железобетонного моста через реку на автомобильной дороге II категории. Год проектирования и постройки моста 1958; 1960.
Продольными характеристиками мостового сооружения являются: длина моста равная 6648 м; 3 пролета длиной по 2216 м с расчетной длиной 216 м. Поперечными характеристиками являются габарит равный 8 м и ширина тротуаров 2×10 м. Толщина асфальтобетона равна 8 см.
Пролетное строение представляет собой 7 балок с ненапрягаемой арматурой; высотой 125 м и толщиной ребра 015 м спроектированных по типовому проекту вып. 56. Расстояние между осями балок в поперечном сечении 14 м. Каждая балка армирована 4-мя стержнями рабочей арматуры диаметром 32 мм и 2-мя стержнями диаметром 16мм. Марка бетона по классификации года проектирования – 300. Совместную работу балок обеспечивают диафрагмы высотой 08 м и толщиной 013 м. Расстояние между диафрагмами 24 м. Плита проезжей части имеет толщину 012 м и армировано 10-ю стержнями рабочей арматуры диаметром 12 мм на 1 погонный м.
Пролетные строения лежат на массивной опоре которые в свою очередь располагаются на свайном фундаменте. Сваи имеют квадратное сечение 035×035 м. Грунт русла представляет собой супесь.
Пролетные строения и опоры имеют следующие неисправности и дефекты:
Неисправные деформационные швы выбоины
Коррозия арматуры до 7%
Раковины в сжатой зоне до 5%
Оценка грузоподъемности существующего моста по опалубочным и арматурным чертежам
1 Исходные данные для расчета
Для расчета грузоподъемности существующего моста приняты следующие исходные данные:
) Длина моста количество и длина пролета =66.48м; 3х22.16м;
) Расчетная длина пролета =21.6м;
) Величина габарита Г-8;
) Ширина тротуаров 2×Т=2×1.00 м;
) Толщина асфальтобетона 8 см;
) Количество балок в поперечном сечении -7;
) Высота главных балок 1.25м толщина ребра 0.15м;
) Расстояние между осями балок в поперечном сечении 1.4м;
) Количество стержней и диаметр ненапрягаемой рабочей арматуры (4;32мм+2;16мм);
) Марка бетона В300;
) Толщина плиты диаметр и количество стержней в рабочем направлении – 0.12м; 10 стержней диаметром 12мм;
) Расчетное сопротивление бетона ;
) Расчетное сопротивление арматуры с учетом k понижающего коэффициента
2 Нормативные нагрузки
Постоянные нагрузки:
вес балки с диафрагмами:
вес дорожной одежды приходящийся на балку:
вес типовых тротуаров
Постоянная нагрузка от пролетного строения вычисляется по формуле:
3 Расчет главных балок
Определение коэффициентов поперечной установки
Коэффициенты поперечной установки КПУ определяются методом внецентренного сжатия по линиям влияния которые загружают временными нагрузками А11+толпа и НК80. При незагруженных тротуарах невыгодное размещение только двух полос нагрузки по всей ширине ездового полотна в которое входят полосы безопасности.
Ординаты линий влияния под крайними балками определяются по формуле:
где n – число главных балок; a1 – расстояние между крайними балками; ai – расстояние между попарно симметричными балками.
Построение линии влияния:
Определение КПУ для А11
КПУр для тележек нагрузки А11 вычисляется по формуле:
Для равномерно распределенной полосовой нагрузки А11 КПУv определяется с учетом коэффициента полосности S1:
Определение КПУТ от нагрузки толпы:
где Yтл и Yтп – ординаты линии влияния расположенные под ординатой левого и правого тротуаров. Так как ордината под правым тротуаром отрицательная нагрузка на нем не учитывается и КПУТ принимается равным левой ординате:
Определение КПУ для НК-80:
От нагрузки НК-80 КПУ80 определяется по формуле:
где Yк1 и Yк2 – ординаты под колесами нагрузки НК-80.
Нагрузка НК-80 устанавливается так чтобы край обода колеса не выходил за пределы проезжей части.
Ординаты линии влияния под крайними балками определяются по формуле:
Где n – число главных балок; a1 – расстояние между крайними балками; аi – расстояние между попарно симметричными балками.
4 Определение расчетных усилий
Расчетные усилия (изгибающие моменты и поперечные силы) определяются в характерных сечениях загружением линий влияния. Линии влияния загружают постоянной и временной нагрузками так чтобы в характерных сечениях возникали наибольшие усилия.
4.1 Усилия от нагрузки А-11
Расчет изгибающего момента в главных балках от нагрузки А11
Изгибающий момент в сечении 1 – 1:
где – площадь линии влияния М1; (1+) – динамический коэффициент принимается равным 10 в соответствии с п. 6.22 [1]; - коэффициенты надежности по нагрузке принимаются по п.6.23 [1] равными 150 115 120 соответственно; Т – ширина тротуара; Z - давление на ось тележки;
-интенсивность нормативной постоянной нагрузки от
4.2 Усилия от нагрузки НК-80
Расчет изгибающего момента в главных балках от нагрузки НК-80
где – площадь линии влияния М1; (1+) – динамический коэффициент принимается равным 10 в соответствии с п. 6.22 [1]; - коэффициент надежности по нагрузке принимаются по п.6.23 [1] равными 110; Z - давления на оси нагрузки НК-80;
К расчету принимаем нагрузку А11 так как она является максимальной.
5 Расчет требуемой площади арматуры
Требуемая площадь арматуры вычисляется по формуле:
где – наибольший расчетный изгибающий момент; Mma h0 – рабочая высота сечения определяемая по формуле: ; - высота плиты проезжей части;
– расчетное сопротивление растяжению напрягаемой арматуры для автодорожных и городских мостов при расчетах по предельным состояниям первой группы взятое для арматуры класса с учетом понижающего коэффициента который учитывает потери за счет коррозии и ослабления арматуры.
Далее находим недостающую площадь арматуры по формуле:
где Аs – площадь существующей рабочей арматуры ребра балки которая определяется по формуле:
Так как Анед. > 0 следовательно требуется произвести усиление путем установки швеллера.
6 Определение грузоподъемности консолей плиты проезжей части
Плита проезжей части для балок с диафрагмами заделана в ребре и на стыке с соседними балками имеет продольный шов поэтому плита работает как консоль. Опасным загружением является то когда колесо временной нагрузки оказывается на краю консоли. Распределение давления от колеса в слоях элементов проезжей части происходит под углом . Решающими являются усилия от нагрузки НК-11.
77м – ширина отпечатка с учетом распределения нагрузки через слои дорожной одежды.
- ширина отпечатка колеса;
- толщина конструктивных элементов дорожной одежды;
Определим усилия от собственного веса консоли по формуле:
где qобщ. =551кНм – собственный вес консоли; bk =0625м – длина консоли
Определим усилия в консоли от нагрузки НК-11:
где ; P0 – величина нагрузки от НК-11 с учетом распределения её в конструктивных слоях которая определяется по формуле:
Суммарный изгибающий момент определяется по формуле:
Определим необходимую площадь арматуры на 1 погонный метр по формуле:
Недостающую площадь арматуры находим по формуле:
где – площадь существующей арматуры плиты проезжей части
Так как Анед.> 0 следовательно требуется усиление плиты проезжей части.
Варианты реконструкции мостового сооружения
Под реконструкцией моста или трубы в общем случае понимается при-
способление его к новым изменившимся эксплуатационным требованиям и
нормам. В частности необходимость реконструкции эксплуатируемых мостов возникает в связи с изменением основных характеристик сооружения: грузоподъемности габарита статической схемы и др.
В данном курсовом проекте предусматривается два варианта реконструкции моста. Старый габарит Г-8 меняется на новый габарит Г-11.5.
Первый вариант реконструкции моста предусматривает уширение пролетного строения на 3.5м. Для этого производят уширение массивной опоры путем уширения массива в нижней части минимум на 50см а в верхней максимум на 2м но не более половины высоты опоры. Размер штрабы не менее 30×30 см. В штрабах устанавливают анкера диаметром не менее 25 м из арматуры класса А-II. Глубина шпуров - не менее 15 диаметров анкера. Расстояние между анкерами - 50 см.
Уширение габарита производится симметрично. Предварительно полностью удаляется весь слой дорожной одежды. Устанавливается балка с максимальным приближением до 0.5м. Далее устанавливается балка на расстоянии 16м. После производится устройство монолитной железобетонной плиты объединенной для совместной работы с балками.
Второй вариант предусматривает уширение габарита пролетного строения на 3.5м. Для этого производят уширение массивной опоры на 3.0м путем пристройки массива железобетона опертого на обрез фундамента удлинения ригеля с одной стороны на 3.0м. При этом необходимо добавить две новых буро-набивных сваи на расстоянии от старых свай на 16м. Уширение габарита производится установкой трех балок. Первая устанавливается на расстоянии 0.5м при этом консоль существующей балки удалена полностью а первая приставляемая балка выполнена без одной консоли для обеспечения объединения конструкций по всей высоте стенки с устройством накладок по низу балок. Далее устанавливают две балки на расстоянии 1.6 м с одной стороны пролетного строения с опиранием на удлиненный ригель.
В результате уширения моста в отличие от старого моста меняются размеры ограждений безопасности.
Мероприятия направленные на исправление и устранение дефектов на мостовом сооружении.
Неисправность и дефекты пролетных строений и опор:
Неисправные деформационные швы
При ремонте элементов мостового полотна восстанавливают покрытие
гидроизоляцию и другие слои дорожной одежды деформационные швы тротуары перила и ограждения безопасности. При ремонте элементов мостового полотна их разбирают на всей или части площади проезжей части и устанавливают новые конструкции являющиеся более надежными к моменту ремонта.
Как правило гидроизоляцию и покрытие сверху устраивают на всю ширину мостового полотна. В случаях недостаточной ширины проезжей части или тротуаров на мостовом сооружении допускается наращивать свесы крайних плит до 1 м с соответствующим их усилением. Работы должны проводиться как правило с сохранением ограниченного движения по сооружению на половине его ширины. Восстановление дорожной одежды производится путем полной разборки старой конструкции до выравнивающего слоя и устройства новой. Ремонт предусматривает одновременную замену тротуаров перил и ограждений безопасности на более прочные конструкции удовлетворяющие требованиям действующих нормативных документов (по их высоте и длине безопасности и эстетике).
Восстановление дорожного покрытия осуществляют при наличии на нем большого числа выбоин и широких трещин а также его истончения (физического износа) под воздействием движения.
При традиционном методе восстановления покрытия путем укладки нового слоя предварительно заделывают выбоины и широкие трещины ликвидируют колеи глубиной 15-45 мм срезают гребни выпора по колеям и локальные выпуклости (если это не было сделано в рамках текущего ремонта) очищают покрытие от пыли и грязи и подгрунтовывают.
При ремонте изношенного покрытия его выфрезеровыванием и укладкой нового слоя отпадает необходимость в устранении повреждений и появляется возможность частичного исправления поперечных уклонов.
Для восстановления используют асфальтобетонные смеси аналогичные применяемым при новом строительстве.
С целью замедления процесса отраженного растрескивания восстановленного слоя при приготовлении асфальтобетона используют модифицированные битумы полимербитумные вяжущие или модификаторы.
На дорожных одеждах автомобильных дорог III категории и ниже для восстановления покрытия используют ВОМС или эмульсионно-минеральную смесь (ЭМС) (холодная технология). Слой из ВОМС пластичен и более устойчив к отраженному трещинообразованию и поэтому предпочтителен для устройства в I-II климатических зонах. Его толщина принимается не менее 3 см.
Ремонт деформационных швов:
При восстановлении конструкций шва одновременно усовершенствуют узлы и детали. Эти работы включают восстановление: всех слоев одежды мостового полотна в зоне шва; компенсаторов (возможна замена); первоначальной конструкции шва а также замена предусмотренного проектом типа шва.
При замене швов могут быть применены конструкции: более простые рассчитанные на меньшие перемещения концов пролетных строений моста (закрытого типа вместо заполненного и заполненного - вместо стального шва);
более сложные предусматривающие большие перемещения концов пролетных строений моста (заполненного типа вместо закрытого шва с резиновым компенсатором (К-8) вместо шва с мастичным заполнением).
Порядок работ по замене деформационных швов может быть принят следующим:
- вырубают слои одежды у;
- размечают положение новой конструкции и устанавливают закладные детали в бетоне;
- устанавливают по отметке конструкцию шва приваривая ребра жесткости к стальной полосе;
- размещают каркас для бетонного (полимербетонного) прилива и бетонируют примыкание;
- восстанавливают поврежденные кромки защитного слоя методом пропитки и устраивают дренаж;
- восстанавливают покрытие у шва.
В применяемом окаймлении деформационного шва необходимо предусматривать контрольные отверстия по одному на участке между рёбрами жёсткости из листовой стали) предназначенные для обеспечения полноты заполнения бетона под горизонтальной полкой окаймления. Диаметр отверстий - 6÷8 мм. При бетонировании прилива вибрирование смеси прекращают тогда когда из контрольных отверстий в окаймлении начнет вытекать цементное молоко. Если после затвердения бетона в отверстиях образовались щели (пустоты) в них закачивают герметизирующий полимерный состав заполняющий возможные пустоты под окаймлением. При монтаже конструкций и устройстве одежды мостового полотна соблюдают требования по технике безопасности оговоренные в документах используемых при строительстве мостов
В состав работ по ремонту пролётных строений входят усиление или
замена отдельных изношенных балок диафрагм и других элементов уширение пролетного строения без увеличения числа полос движения по мостовому сооружению изменение статической системы пролетных строений изменение или восстановление связей между главными несущими конструкциями. Все работы проводят согласно проекта и действующих документов.
При ремонте пролетных строений производят восстановление всей поверхности бетона и кладки плиты и балок поверхности стоек и ригелей
надарочных конструкций и арок поверхности сводов и других несущих элементов: устраняют глубокие сколы и обширные трещины в бетоне коррозию открытой арматуры с предотвращением дальнейшего ее развития на глубину более толщины защитного слоя при карбонизации бетона. Работа включает зачистку поверхностей от грязи и масел (и других вредных наслоений) и нанесение защиты в виде торкретбетона и полимерных покрытий из синтетических материалов. Торкретирование поверхности следует производить по металлической сетке с применением цементного или полимерцементного раствора не ниже класса В40.
Изгибаемые элементы (балки) пролетных строений разрезных балочных
систем имеющие повреждения арматуры растянутой зоны могут быть
восстановлены (или усилены) путем увеличения сечения элементов устройства шпренгеля из дополнительной арматуры с последующим ее натяжение и приклеивания дополнительного материала к основному связующими составами. При предельном износе элемента его заменяют.
Увеличение сечения элемента достигается введением дополнительной арматуры в ослабленную зону с последующим ее бетонированием и объединением с основным элементом.
При повреждении сжатой зоны балок пролетного строения или
недостаточной их несущей способности усиление может быть выполнено путем увеличения плиты монолитным бетоном объединенным с существующей частью целого бетона стальными анкерами. Монолитный бетон укладывают по арматурной сетке принятой на основании расчета конструкции усиления балок. При необходимости усиления опорных сечений балок производят развитие этой зоны элемента с применением армированного бетона по контуру сечения крепления металлических листов на боковых гранях балок с помощью анкерных стержней или другими методами. Все конструктивные решения определяются расчетом.
Мосты и сооружения на дорогах под ред. П.М. Саламахина
Методические рекомендации по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования (взамен ВСН 24-88). Министерство транспорта Российской Федерации.
Инструкция по уширению автодорожных мостов и путепроводов: ВСН 51-88 Минавтодор РСФСР Миндорстрой УССР Миндорстрой БССР.
Учебное пособие: Усиление и реконструкция мостов на автомобильных дорогах. В.А. Дементьев В.П. Волокитин Н.А. Анисимова.
Лисов В. М. Мосты и трубы. –Воронеж: Изд-во ВГУ 1995.