Область применения железобетонных мостов

Железобетон получил большое и разнообразное применение в мостах и других сооружениях. Он одинаково пригоден для различ­ных конструктивных форм и систем. Из него возводят не только сводчатые конструкции, присущие камню и бетону, но и балочные, выполняемые из стали и дерева, а также рамные конструкции.

Высокие механические свойства и отличные строительные ка­чества дают возможность применять железобетон для элементов и конструкций различных размеров.

Доступный для изготовления на строительной площадке и в за­водских условиях железобетон позволяет возводить сооружение как полностью на месте, так и более успешным при массовом из­готовлении индустриальным методом. В последнем случае элемен­ты и блоки, изготовленные на заводе, доставляют на строитель­ную площадку, где их монтируют в готовую конструкцию. Унифи­кация монтажных элементов, вплоть до организации проката стан­дартных профилей, а также механизация работ приближают же­лезобетонные конструкции к металлическим, а благодаря высокой пластичности при изготовлении и капитальности в службе делают их перспективными.

Ныне железобетон в большой мере вытеснил из строительства дерево и сталь. Сборный железобетон составляет основу современ­ного индустриального строительства. Доброкачественно возведен­ные железобетонные сооружения не требуют периодической окрас­ки, как металлические, и не нуждаются в регулярной расшивке швов, необходимой для каменных мостов.

За годы развития железобетона мостовое хозяйство железных дорог пополнилось тысячами железобетонных сооруже­ний самых разнообразных конструкций. Во многих из них в раз­личные периоды эксплуатации, а нередко еще при изготовлении мостовых конструкций обнаруживались те или иные дефекты, пре­имущественно трещины. В железобетоне трещины главным обра­зом снижают долговечность конструкции и, требуя ремонта, удоро­жают эксплуатацию. В отдельных случаях развитие трещин приво­дило и к необходимости замены конструкций уже в первое время их эксплуатации.

Стремление предотвратить повторение дефектов, поиски новых, более экономичных и удачных конструкций вызывали изменение проектов, включая технологию изготовления и монтажа, которая для железобетона имеет особое значение. В отличие от стальных конструкций, являющихся продуктом двух самостоятельных произ­водств — металлургии и строительного производства, железобе­тонные конструкции (не считая исходного сырья, как и для стали) выполняют в один прием. Получение железобетона как строитель­ного материала и формование конструкции слитны, что требует более сложных мер обеспечения гарантированного качества изде­лий и повышенного пооперационного контроля.

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 водоцементного отношения В/Ц. Количество цемента на 1 м 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/м.

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.

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.

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).