Глава 6 ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ

Железобетон — материал для искусственных

Сооружений

Железобетон представляет собой искусственный строительный ма­териал, состоящий из бетона и стали, работающих совместно. Необхо­димая прочность бетона, его плотность, морозостойкость и долговеч­ность обеспечиваются соответствующим подбором состава бетона. Прочность и плотность бетона зависят от количества цемента и водоце-ментного отношения В/Ц. Количество цемента на 1 м³ бетона должно быть не менее 250 кг, а водоцементное отношение не выше 0,6—0,65. Бетон в своем составе содержит активные и инертные составляющие. К активным относятся вяжущие вещества (цемент) и вода. Инертными со­ставляющими являются заполнители — песок и щебень или гравий.

По плотности бетоны подразделяются на особо тяжелые — более 2500 кг/м³, тяжелые — 1800—2500 кг/м³, легкие — 500—1800 кг/м³ и особо легкие — менее 500 кг/м³.

По назначению бетоны подразделяются на конструкционные — для бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений; гидро­технические — для сооружений, подверженных непосредственному действию воды; дорожные — для устройства дорожных и аэродромных покрытий; специальные — химически и жаростойкие, декоративные; особо тяжелые — для радиационной защиты и др.

Для несущих конструкций мостов применяется тяжелый бетон клас­сов с В15 по В55. При твердении бетона на воздухе он уменьшается в объеме — испытывает усадку. Особенно сильна усадка в течение перво­го года твердения, далее она постепенно затухает. Наличие арматуры в бетоне задерживает усадку и уменьшает ее примерно в 1,5 раза.

Кроме усадки, бетон обладает ползучестью, т.е. способностью под влиянием длительно действующих нагрузок наращивать деформации; бетон как бы течет. Наличие арматуры в бетоне препятствует развитию

ползучести. В железобетонных конструкциях, работающих на изгиб, верхняя зона поперечного сечения работает на сжатие, а нижняя — на растяжение. В конструкциях с обычной арматурой в стадии эксплуата­ции в растянутой зоне возникают деформации, превышающие предель­ную растяжимость бетона и приводящие к образованию трещин. Это может привести к ускоренной коррозии арматуры. Чтобы этого не допу­стить, размер предельно допустимого раскрытия трещин ограничивает­ся. При этом не удается использовать высокопрочную сталь и получить более экономичную и легкую железобетонную конструкцию. В тех слу­чаях, когда раскрытие трещин оказывается больше предельного значе­ния, следует в проектировании переходить к конструкциям из предвари­тельно напряженного бетона, которые имеют целый ряд преимуществ и дают возможность получать большое разнообразие форм и использо­вать материалы повышенной прочности (рис. 6.1).

Принцип работы предварительно напряженного железобетона отли­чается от принципа работы обычного железобетона. В обычном железо­бетоне бетон растянутой зоны нужен в основном для защиты стальной арматуры. Роль стальной арматуры в конструкциях из предварительно напряженного железобетона заключается в том, чтобы зону растянутого бетона подвергать постоянному сжатию. Второй функцией предваритель­но напряженной арматуры является восприятие растягивающих усилий при нагрузках, близких к разрушающим. В этой стадии предварительно напряженная арматура работает как и в конструкциях из обычного же­лезобетона. Предварительно напряженный железобетон, работающий в эксплуатационной стадии в пределах упругости, — полностью однород­ный материал. Физико-механические свойства бетона не зависят от пред­варительного его обжатия. Вместе с тем применение предварительно на­пряженных конструкций позволяет получить экономию стали и бетона. Экономия металла в 1,5—2,5 раза достигается за счет применения высо­копрочной стали, а экономия бетона — за счет уменьшения главных ра­стягивающих напряжений. Для создания предварительного обжатия бе­тона применяется проволочная или стержневая арматура с высоким вре­менным сопротивлением (до 1000 мПа).

По назначению (рис. 6.2) арматура подразделяется на:

• рабочую, воспринимающую внутренние усилия в элементах;

• распределительную, укладываемую перпендикулярно стержням
рабочей арматуры и обеспечивающую равномерное распределение на­
грузки на рабочие стержни;

• монтажную, служащую для образования жесткого каркаса армату­
ры.

Рис. 6.1. Основные системы современных предварительно напряженных

железобетонных мостов: а — в СССР; б — в Японии; в — в Ливии; г — во Франции; д — в Италии; е — в Австралии (размеры даны для наибольших из перекрытых пролетов дан­ной статической системы моста)

В железобетонных конструкциях используются углеродистые конст­рукционные стали с содержанием углерода не более 0,8 %; они подраз­деляются на обыкновенного качества и качественные стали. В зависи­мости от гарантируемых свойств стали обыкновенного качества подраз-119

Рис. 6.2. Армирование балок: 1 — рабочая арматура; 2 — монтажная арматура; 3 — распределительная арма­тура; 4 — хомут в заготовке; 5 — хомут в конструкции

деляются на три группы (ГОСТ 380—94). Группа А — стали без уточ­нения их химического состава. Они обозначаются буквами Ст и цифра­ми 1, 2, 3, ..., 6 (Ст1, Ст2, Ст3, ..., Ст6).

Группа Б — стали с гарантируемым химическим составом. В обозна­чении марки стали впереди ставится буква «Б» (БСт1кп, БСт2кп, БСт3, БСт6), чем выше число, тем больше в стали углерода.

Группа В — стали повышенного качества, в обозначении марки вво­дится буква «В» (ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт5). Стали группы А исполь­зуются тогда, когда не предполагается последующая обработка давле­нием, сваркой или термообработкой. Стали групп «Б» и «В» применя­ются в тех случаях, когда при производстве изделий используется свар­ка, термическая обработка, горячая формовка.

Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые профили с двумя продольными ребрами и поперечными вы­ступами, идущими по однозаходной винтовой линии. Для профилей d = 6 мм допускаются выступы, идущие по однозаходной винтовой линии, а для d = 8 мм — по двухзаходной винтовой линии.

Арматурная сталь классов А — I (А240) и А — II (A300) d до 12 мм и класса А — III (А400) диаметром до 10 мм выпускается в мотках или стержнях, больших диаметров — в стержнях. Арматурная сталь классов А — IV (А600), А — V (А800) и А VI (А1000) всех размеров изго­тавливается в стержнях диаметром 6 и 8 мм или в мотках. Стержни из­готавливают длиной от 6 до 12 м, по согласованию с потребителем до­пускается изготовление стержней от 5 до 25 м (табл. 6.1).

Таблица 6.1