Тема 5.6. Конструкция разрезных, неразрезных и консольных балочно-ребристых ПС с напрягаемой арматурой.

 

5.6.1 Технология устройства преднапряженной арматуры до и после бетонирования в разрезных балках ПС.

 

  Предварительно напряженные железобетонные конструкции могут иметь два различных вида арматуры: напрягаемую до бетонирования (на упоры) и напрягаемую после бетонирования (на бетон).

Конструкции разрезных балочных мостов с арматурой, напрягаемой до бетонирования изготавливают на специальных стационарных или подвижных стендах. Вокруг натянутой арматуры устанавливают опалубку и бетонируют элемент конструкции. По достижении бетоном заданной прочности натянутую арматуру освобождают от анкерных устройств и она, укорачиваясь, обжимает бетон. На одном стенде можно одновременно изготавливать одну или несколько балок, расположенных одна за другой. Натягивать арматуру можно различными способами. Наиболее распространены стенды с напряжением арматуры гидравлическими домкратами (рис.119, а). В этом случае стенд имеет упоры, сквозь которые пропущены элементы арматуры и закреплены в подвижных траверсах. Батареи домкратов, расположенные между упорами и траверсами, двигают последние, натягивая арматуру. После твердения бетона траверсы возвращают в начальное положение, а сокращающаяся арматура передает обжатие бетонной балке через сцепление с бетоном и специальные анкеры.

Рис.119. Схемы устройства для натяжения арматуры до бетонирования

1 - подвижная траверса с закрепленной в ней арматурой; 2 - батарея домкратов; 3 - упоры стенда; 4 - напрягаемая арматура; 5 - оттяжка; 6 - бетонируемая балка; 7 - стенд; 8 - кассета; 9 - арматура, подвергаемая электронагреву; 10 - подвижной ролик, навивающий арматуру; 11 - конец напрягаемой арматуры, отходящий к натяжному устройству; 12 - анкеры для навивки арматуры; 13 - основание кассеты.

 

В некоторых случаях возможно натяжение арматуры методом электронагрева (рис.119, б). Стержни арматуры нагревают, пропуская через них электроток, пока они не удлинятся. Затем их устанавливают в кассеты и закрепляют концы. Остынув, они сократятся в длине и натянутся. Элемент конструкции бетонируют в кассете. После отвердения бетонной смеси освобождают концы натянутых стержней, которые, укорачиваясь, обжимают бетон.

Применяют также метод непрерывной навивки арматуры (рис.119, в). Подвижной ролик наматывает арматуру на анкеры, расположенные на общем основании кассеты. Специальное устройство поддерживает в арматуре постоянное натяжение. После окончания бетонирования балки и приобретения бетоном достаточной прочности основание кассеты с анкерами убирают и освобожденная арматура обжимает балку.

Рис.120. Конструкция балки с натяжением арматуры до бетонирования (на упоры)

Для придания напрягаемой арматуре криволинейного (полигонального) очертания стенды снабжают оттяжками, закрепляющими арматуру в местах перегиба (см. рис.120).

В зависимости от пролета балки и типа стенда напрягаемая арматура и конструкция балок может быть различной. Получили распространение балки с напрягаемой арматурой в виде пучков по 15-24 проволоки диаметром 5-7 мм (рис.120 ). В таком пучке усилие предварительного напряжения не может быть передано бетону одним только сцеплением, поэтому пучковую арматуру снабжают анкерами (см. узел I на рис.120). Для усиления бетона в месте передачи сосредоточенного усилия перед анкерами устанавливают спираль из обычной арматуры. Балки с такой арматурой применяют при пролетах от 12-15 до 40 м, а иногда и более. Напрягаемая арматура может иметь полигональное очертание с анкерами, расположенными вблизи торца балки (см. рис.120). Пучки напрягаемой арматуры обычно располагают в несколько рядов, причем расстояние в свету между соседними пучками по вертикали должно быть 5 см или диаметра пучка и по горизонтали 6 см или диаметра пучка. Защитный слой бетона от пучка до нижней или боковой грани должен быть 4 см, а от верхней 3 см.

 В пролетных строениях с арматурой, напрягаемой после бетонирования сначала бетонируют балку, а затем натягивают арматуру. Из различных конструкций и способов армирования наиболее широкое применение получили конструкции с арматурой в виде пучков из параллельных проволок, проволочных прядей или из крученых проволочных канатов. Применяют также арматуру из высокопрочных стальных стержней большого диаметра. Арматуру закрепляют на концах анкерами, которыми она передает свое натяжение бетону. Напряжение в арматуре создается домкратами после приобретения бетоном необходимой прочности, используя для их упора непосредственно напрягаемую деталь. Арматура может быть расположена открыто или же заключена в каналы, проходящие сквозь бетон конструкции.

Анкеры предварительно напряженной арматуры могут быть трех типов.

Рис.121. Типы анкеров арматуры, напрягаемой после бетонирования

1 - анкер; 2 - прокладки; 3 - напрягаемая балка; 4 - элемент напрягаемой арматуры; 5 - анкерная гайка; 6 - конус; 7 - обойма анкера.

Анкер первого типа заранее соединяют с напрягаемым арматурным элементом (рис.121, а). Домкрат крепится на этот анкер и натягивает арматуру, упираясь в бетон балки и обжимая его (рис.122, а). В образовавшийся зазор устанавливают прокладки, которые после снятия усилия в домкрате передают его на бетон.

Рис.122. Схемы домкрата для натяжения арматуры и анкера пучка проволок с высаженными головками на концах

1 - домкрат; 2 - поршень; 3 - камера со сжатым маслом; 4 - тянущий шток; 5 - захват домкрата и анкер арматуры; 6 - напрягаемая арматура; 7 - обжимаемая балка; 8 - гайка для закрепления анкера в натянутом состоянии; 9 - полость с внутренней нарезкой для тянущего штока домкрата; 10 - проволоки пучка арматуры с высаженными головками на концах; 11 - головка на конце проволоки.

Аналогичный способ натяжения применяется при втором типе анкеров, которые навинчиваются на резьбу конца арматурного элемента - обычно высокопрочного стержня (рис.122, б). Домкрат натягивает стержень через резьбу за гайкой, а гайку завинчивают до упора, ликвидируя образовавшийся зазор. После снятия усилия в домкрате оно передается на бетон через эту гайку.

Анкерами третьего типа (рис.122, в) закрепляют напрягаемую арматуру, заклинивая ее в анкере специальным конусом. Этот способ наиболее распространен, так как не требует никакой специальной обработки концов напрягаемой арматуры. Но для натяжения и закрепления арматуры в таких анкерах необходимы специальные домкраты двойного действия. Для натяжения концы проволок закрепляют в зажимах натяжного домкрата двойного действия (рис.123, а). Анкер состоит из обоймы и конуса. При нагнетании масла в камеру домкрата тянущий цилиндр перемещается и натягивает проволоки пучка. Домкрат при этом упирается в анкер и через него передает усилие на бетон элемента, обжимая его. После достижения расчетного натяжения проволок нагнетают масло в другую камеру домкрата, не сбрасывая давление в первой камере; тогда шток домкрата запрессовывает конус в обойму анкера (рис.123, б). После этого можно сбросить давление и снять домкрат. Пучок остается натянутым и закрепленным в анкер.

Рис.123. Схема домкрата двойного действия для натяжения арматуры

1 - натяжной цилиндр домкрата; 2 - камера со сжатым маслом для натяжения арматуры; 3 - зажимы для проволок пучка; 4 - камера с маслом для запрессовки конуса анкера; 5 - толкающий шток; 6 - нога домкрата, упирающаяся в анкер; 7 - обойма анкера; 8 - обжимаемая балка; 9 - проволоки напрягаемой арматуры; 10 - конус анкера.

После натяжения арматуры через отверстия в конусах или анкерах нагнетают цементный раствор в каналы, который целиком заполняет их и предохраняет арматуру от ржавления.

Поскольку арматуру натягивают после твердения бетона, балки большого пролета целесообразно составлять по длине из отдельных блоков, имеющих размеры и массу, удобные для транспортирования. Для установки такой балки в пролет ее собирают из отдельных блоков на площадке. Затем заполняют швы между блоками бетонной смесью или раствором. Возможна также обмазка торцов блоков специальными клеями на основе эпоксидных смол. Арматурные пучки устанавливают в каналы одновременно с установкой блоков или после сборки всей балки. Когда бетон, раствор или клей в швах приобретают требуемую прочность, натягивают арматурные пучки, после чего балка работает как целая.

Рис.124. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования

1 - наклонный металлический лист; 2 - соединительная накладка; 3 - стержень; 4 - анкерный коротыш; 5 - стержни арматуры.

В нашей стране широко применяют типовые унифицированные конструкции предварительно напряженных пролетных строений мостов для пролетов 12-42 м (рис.124). Пролетные строения не имеют диафрагм; главные балки соединяют между собой по плите проезжей части либо так же, как в ненапряженных бездиафрагменных балках, либо через закладные детали, расположенные вдоль края плиты каждой балки с шагом 1 м. Возможно поперечное объединение бездиафрагменных балок натяжением пучков поперечной арматуры, проходящей в плите проезжей части (рис.125, а). В этом случае напрягаемую арматуру располагают в специальных каналах, а продольные стыки плит соседних балок заполняют раствором или бетонной смесью.

Рис.125. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования

1 - канал для пропуска поперечной напрягаемой арматуры.

Если балки пролетного строения имеют диафрагмы (рис.125, б), то их объединяют в поперечном направлении либо поперечной напрягаемой арматурой в диафрагмах, либо стыкованием обычной арматуры диафрагм. Плиту проезжей части тогда не стыкуют, и она работает как консольная.

 

 

5.6.2 Конструкция неразрезных и консольных балочных железобетонных пролетных строений

 

  Неразрезные и консольные балочные мосты больших пролетов возводят довольно часто, применяя в основном напрягаемую арматуру. Вид пролетного строения и схема армирования обычно зависят от способа возведения моста.

В неразрезных конструкциях из монолитного бетона (рис.126, а) напрягаемую арматуру располагают по плавным кривым. B серединах пролетов ее размещают в нижней зоне балки, а над промежуточными опорами - в верхней для восприятия отрицательных изгибающих моментов. На участках, где положительные и отрицательные изгибающие моменты меньше, часть элементов арматуры отгибают и анкеруют на верхней или нижней гранях балки. Монолитные мосты с пролетами до 50-60 м иногда возводят методом попролетного бетонирования, а сборные - методом попролетной сборки. В этих случаях конструкцию бетонируют или монтируют из блоков стандартными секциями на передвижных подмостях. Напрягаемую арматуру устанавливают таким образом, чтобы она заканчивалась в шве бетонирования (или монолитном стыке между сборными секциями) и могла соединяться с напрягаемой арматурой следующей секции (рис.126, б).

 

Рис.126. Схемы армирования неразрезных балочных пролетных строений с напрягаемой арматурой

1 - пучки напрягаемой арматуры; 2 - шов бетонирования или монолитный стык сборных секций; 3 - пучки арматуры, напрягаемые для объединения сборных балок в неразрезное пролетное строение; 4 - арматура, напрягаемая до бетонирования; 5 - монолитный стык сборных балок; 6 - мощный пучок напрягаемой арматуры, проходящий вдоль всей неразрезной балки.

В мостах средних пролетов (20-40 м) возможно создание неразрезного пролетного строения из сборных разрезных балок (рис.126, в). После установки этих балок на опоры их омоноличивают в надопорных участках и устанавливают верхнюю напрягаемую арматуру. В таких балках арматура может быть натянута как до, так и после бетонирования. Арматуру, устанавливаемую после омоноличивания балок, натягивают после бетонирования. Во всех других видах предварительно напряженных неразрезных и консольных пролетных строений применяют арматуру, натягиваемую только после бетонирования из пучков параллельных проволок или тросов.. Неразрезные балки постоянной высоты иногда возводят методом продольной надвижки, т. е. балку собирают из отдельных блоков или бетонируют целиком на насыпи, а затем выдвигают в пролет на опоры иногда с устройством временных промежуточных опор. Напрягаемая арматура таких балок может состоять. из отдельных пучков, расположенных в нижней и верхней зонах (рис.126, г) или из одного мощного кабеля плавного очертания (рис.126, д). Такой кабель из большого числа тросов заранее монтируют вдоль всей балки, затем напрягают специальной батареей. домкратов и омоноличивают бетоном. Натягивают кабель подвижкой специального железобетонного блока на конце балки, который плавно огибает кабель. Для надвижки балки может потребоваться постановка временной дополнительной напрягаемой арматуры, которую снимают после окончания надвижки.

Вопросы для самоконтроля:

1. Виды устройства преднапряженной арматуры.
2. Схемы устройства для натяжения арматуры до бетонирования.
3. Способы армирования с арматурой, напрягаемой после бетонирования.