ЗАСОБИ З’ЄДНАННЯ ЗАЛІЗОБЕТОННОЇ ТА СТАЛЕВОЇ ЧАСТИН
Надійне, міцне та жорстке з'єднання окремих частин сталезалізобетонного перерізу в єдину конструкцію — необхідна передумова забезпечення її працездатності, адже під час згинання між сталевою балкою та залізобетонною плитою діють зусилля зсуву. Для сприймання цих зусиль використовують спеціальні елементи найрізноманітніших конструктивних рішень: жорсткі та гнучкі упори, анкери та високоміцні болти (рис. 11.10).
Жорсткий упор передає зусилля зсуву через вертикальні пластини, підсилені ребрами жорст-
|
Таблиця 11.3 Значення внутрішніх напружень у характерних волокнах сталезалізобетонного перерізу від зсідання бетону і зміни температури
|
|
Значення параметрів формул табл. 11.3 для внутрішніх напружень від зміни температури |
|
Таблиця 11.4
|
|
Таблиця 11.5
|
|
Розрахунок міцності сталезалізобетонного перерізу у випадку дії тимчасових навантажень, які спричиняють стискання бетонної плити |
Рис. 11.10. Види з'єднувальних елементів: а — жорсткий упор; б — гнучкий упор; в — вертикальний анкер; г — похилий анкер; д — поздовжня арматура, приварена до сталевої конструкції; е — високоміцні болти.
Кості (рис. 11.10, а). Під плоскою поверхнею упора у бетоні плити виникають достатньо рівномірні напруження місцевого стискання і несуча здатність такого упора визначатиметься міцністю бетону на дію зминання. Для міських і автодорожніх мостів несучу здатність упора визначають за формулою
Несуча здатність гнучкого упора з прокатних профілів зумовлена міцністю бетону й обчислюється за формулою
К max = 55(К + 0MJban (11.9)
Де h', tw, ban —■ висота, товщина стінки і ширина упора (см) відповідно.
У місці приєднання гнучкого упора до балки виникає згинальний момент
^Y, max - 1,ЩЛос,
(11-8)
Де АІОС — площа зминання бетону.
У залізничних мостах, окрім цього, виконують додаткові розрахунки бетону на міцність і витривалість.
При частому розміщенні упорів можливе руйнування внаслідок сколювання бетону поверх них. Для повного використання міцності бетону на зминання і уникнення сколювання відстань між жорсткими упорами не повинна бути меншою за 3,5 висоти площини зминання. Окрім цього, опорну пластину додатково заанкеровують у бетоні. Крім зазначеної на рис. 11.11, а зварної конструкції упора, достатньо широко використовують упори з обрізків двотаврів, труб тощо та неперервні упори, виконані з профільованих сталевих стрічок (рис. 11.11, б, в). При застосуванні збірних залізобетонних плит упори замонолі - чують у спеціальних вікнах або швах між блоками плит.
Цікавим є з'єднання збірної залізобетонної плити і сталевої балки за допомогою високоміцних болтів (див. рис. 11.10, е). Щоправда, треба мати на увазі, що з часом через повзучість бетону зусилля натягу високоміцних болтів зменшуються, що спричинює зменшення несучої здатності з'єднання.
Гнучкі упори (рис. 11.12, а) виконують з відрізків прокатних профілів (швелерів, кутників тощо), які не мають ребер жорсткості, і від дії зсувних зусиль згинаються подібно до нагеля. У прилеглому бетоні вони створюють дуже нерівномірні деформації місцевого зминання (найбільші в основі упора).
|
М, |
|
Loc Si |
(11.10)
На дію якого необхідно перевірити міцність стінки упора.
|
|
Згідно з конструктивними вимогами гнучкі упори з профільної прокатної сталі приєднують до балок двома кутовими швами, розміщеними
І І Ч І І І І *
Тптттпт
11 ч 1 І > It'll III! I It
|
Рис. 11.11. Жорсткі упори: зварні зі сталевих листів; б — з відрізків двотавра; в — неперервні. |
Перпендикулярно до зусилля зсуву. Руйнування з'єднань, виконаних за допомогою гнучких упорів з прокатних профілів, найчастіше відбувається після великих переміщень, що обмежує експлуатаційну придатність таких з'єднань.
Заанкерований у бетоні стержень називають анкером, вертикальним чи похилим залежно від положення (рис. 11.12, в). Під дією зсувної сили такий анкер одночасно згинається і розтягується.
|
При 2,5 < - jj < 4,2 |
Вертикальний гнучкий стержневий анкер (рис. 11.10, в) від дії зсувного зусилля згинається, а бетон під ним зминається. Окрім цього, може відбутися також зріз анкера. За умови зминання бетону несуча здатність анкера становить
(11.11)
При > 4,2 — Fl max = 100d2 л/rT,
D
H'
Fg, max = 24h'd y/Rb, (11.12)
А за міцністю анкера на зріз
Fs, max = 0,63 d2Ry, (11.13)
Де d, h' — діаметр і висота стержня анкера; Rb, Ry — розрахункові опори бетону й сталі.
Істотні технологічні переваги зумовили широке використання вертикальних стержневих анкерів, які приварюють до верхньої полички балки контактним способом за допомогою зварювальних пістолетів (рис. 11.12, б). Таким способом можна встановити за 1 хв 2—3 анкери.
Найбільш ефективні похилі анкери. Крім міц - нісних характеристик бетону та сталі (нагадаємо, що бетон в основі анкера зминається, а сам анкер працює на розтяг) несуча здатність похилих стержневих анкерів залежить від кута їх нахилу:
Fs! max = A'Rvcos a + 100d2 л/jR^sin a, (11.14)
Де А' — площа перерізу вітки анкера, а — кут нахилу стержня відносно поверхні зсуву.
За умовою заанкерювання в бетоні довжина похилого анкера повинна становити не менше 25d. Для петлевих анкерів це значення може бути зменшене до Id. Але при цьому беруть до уваги, що зусилля розтягу анкера передаватиметься на петлю і спричинятиме зминання бетону, а тому найменша ширина петлі наближено становить
|
0,57- |
|
Lh, min |
(11.15)
Rhd
При цьому найменша відстань між похилими анкерами і їх вітками — 3d.
Щоб уникнути відривання залізобетонної плити від сталевої балки і забезпечити щільність шва, відстань між будь-якими з'єднувальними елементами не повинна перевищувати восьмикратної середньої товщини плити.
|
Ь, red |
|
F, = |
|
І, |
3 умови передачі зусиль крок анкерів та упорів визначається не лише їх несучою здатністю, але й зусиллями зсуву, які виникають між сталевою балкою та залізобетонною плитою. За умови збереження гіпотези плоских перерізів для оцінки погонних зсувних зусиль найпростішим є вираз, отриманий з формули Журавського,
Q-S
Red
Де Q — поперечна сила у балці; Sbi red —■ зведений статичний момент перерізу залізобетонної плити відносно центра ваги всього сталебетонного перерізу; Ired — зведений момент інерції сталебетонного перерізу. Для отримання зсувного зусилля, яке діє на анкер, необхідно домножити значення за (11.16) на крок анкерів. Або потрібний крок анкерів
|
I /-^i |
А — упори з відрізків швелера; б — вертикальні стержневі з головками; в — похилі та вертикальні стержневі.
F'
|
(11.18) |
|
ОЬ2АЬ), |
|
Рис. 11.12. Гнучкі упори та анкери: |
1 s, max
(11.17)
Сьогодні для розрахунку елементів з'єднання застосовують також і більш загальну формулу, не пов'язану з гіпотезою плоских перерізів:
Fs = ~(cblAb
Де оьь стЬ2 — напруження в бетоні на рівні центрів ваг перерізів, що обмежують зліва і справа ділянку плити завдовжки а (тут не враховано арматуру плити, що справедливо лише у випадку її конструктивного армування; коли ж площі арматури плити суттєві, у вираз (11.18) необхідно внести корективи).
Окрім цього, треба зазначити, що на кінцевих ділянках залізобетонної плити виникають достатньо великі зсувні та відривні зусилля, зумовлені зсіданням бетону та температурними впливами, оцінка яких потребує особливого розрахункового підходу, викладеного у спеціальній літературі [38].
