Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы

15.06.2016

Стык железобетонной и стальной частей конструкции в сталежелезобетонных пролетных строениях является наиболее ответственной деталью. Он обеспечивает совместную работу частей, выполняемых из материалов с разными физико-механическими свойствами, за счет передачи через стык сдвигающих и отрывающих усилий в объединенном элементе. Усилия возникают как от силовых, так и от температурно-климатических воздействий, усадки и ползучести бетона под нагрузкой.
Более чем за полвека применения сталежелезобетона в отечественной и мировой практике было разработано многообразие типов упоров (рис. 5.3), которые можно классифицировать, по крайней мере, следующим образом: 1 — упоры, укрепленные на стальном элементе, входящие в тело плиты при ее монтаже (бетонировании); 2 — упоры в виде закладных частей сборных блоков плиты, соединяемых на монтаже со стальным элементом; 3 — объединение сборной плиты и пояса на ВПБ, обжимающих плиту.
Среди стыков первой группы наиболее простым является жесткий упор, т.е. выступающая деталь, работающая подобно шпонке (рис. 5.3, а). Он ставится поперечной упорной плитой навстречу направлению сдвига бетонной части относительно стальной. За счет изменения конструкций жестких упоров (рис. 5.4) можно добиваться значительной несущей способности упора. Причем, если приварка упора по условиям концентрации напряжений в околошовной зоне пояса балки нежелательна, упоры можно прикреплять к поясу на ВПБ.
Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы

Однако при жестких упорах в бетоне плиты происходят деформации местного смятия и возникает существенная концентрация напряжений. При интенсивном движении тяжелых временных нагрузок и больших колебаниях температуры в течение года железобетонная плита может быстро разрушаться в местах соединения, снижая тем самым долговечность конструкции в целом.
Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы

В зарубежном мостостроении, в последнее время и в отечественной практике, при устройстве монолитных плит применяют гибкие упоры штыревого типа, привариваемые в определенном порядке к верхним поясам балок (рис. 5.5). В силу ограниченных размеров гибкий упор обладает значительно меньшей несущей способностью, чем жесткий, но работает преимущественно на изгиб наподобие нагеля (см. рис. 5.3, б). Наибольшее смятие бетона возникает у основания штыря. Благодаря податливости упора обеспечивается возможность относительного сдвига железобетонной и стальной частей без образования разрушений в бетоне.
Если гибкий упор заанкерить в бетоне, он будет воспринимать не только сдвигающие, но и отрывающие усилия и косые растягивающие напряжения. Такой стык, направленный перпендикулярно к плоскости сдвига, называется вертикальным анкером (см. рис. 5.3, в).
Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы

Следующим видом упоров первой группы является наклонный анкер (см. рис. 5.3, г). Если его наклонять вдоль направления сдвигающей силы, растягивающее усилие в нем, передающееся на бетон сцеплением и анкеровкой, будет увеличиваться, а усилия изгиба, передающиеся смятием бетона поперек анкера, уменьшаться.
При нежелательности приварки вертикальных или наклонных анкеров непосредственно к поясу балки их можно прикреплять к пластинам, присоединяемым на монтаже к поясу ВПБ. Такое решение позволяет предохранить гибкие анкеры от повреждения мри транспортировке и монтаже балок.
Прогрессивным типом стыков первой группы, активно внедряемым в практику, считается гребенчатый упор (рис. 5.6). Он представляет собой одну или две вертикальные продольные пластины, приваренные по всей длине пояса. В пластине выполняют вырезы, которые могут иметь различную конфигурацию и служат для пропуска поперечной арматуры нижней (иногда верхней) сетки плиты. И этом случае в зоне упора бетон работает на смятие по площади контакта с упором и арматурой, пластина на сдвиг, а ее поперечная арматура — на срез и смятие. Ho несущую способность стыка и целом определяет прочность бетона. Гребенчатый упор по своей податливости занимает промежуточное положение между жестким и гибким упорами. Возможно также комбинированное соединение, например жесткого и гибкого петлевого упоров, воспринимающее одновременно сдвигающие и отрывающие усилия по стыку.
Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы

Из рассмотренных типов стыков первой группы жесткие и комбинированные упоры применяют преимущественно в конструкциях со сборными плитами, остальные — только при монолитных плитах.
Упоры в виде закладных частей сборных блоков плиты могут соединяться на монтаже со стальным элементом сваркой (рис. 5.7, а...в) или на высокопрочных болтах (рис. 5.7, г, д); возможно также комбинированное решение (рис. 5.7, е). Устройство стыков такого типа избавляет от необходимости омоноличивания жестких упоров на монтаже сборной плиты, но, в спою очередь, требует тщательной пригонки деталей, качественной сварки тавровых швов с разделкой листа либо специальной подготовки контактных поверхностей для постановки болтов.
Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы

Возможно также непосредственное объединение сборной плиты и ездового пояса балки на ВПБ, обжимающих плиту (рис. 5.8). Такое соединение представляет собой разновидность фрикционного стыка с трущейся парой «бетон—сталь». В принципе, оно реализуемо в мостах любого типа, но находит преимущественное применение в железнодорожных мостах с безбалластной плитой.
Разработка и применение разнообразных стыков для сборных железобетонных плит проезжей части вызвано принятой в нашей стране еще с 1950-х гг. технической политикой, направленной на индустриальное изготовление конструкций. В настоящее время наблюдается тенденция к преимущественному применению монолитного железобетона (что обеспечивает качество и долговечность конструкции), а следовательно, к использованию, в основном, гибких и гребенчатых упоров.
Объединение железобетонных и стальных частей конструкции для совместной работы