Державна служба автомобільних доріг України (УКРАВТОДОР) РЕКОМЕНДОВАНО Науково-технічною радою Державної служби автомобільних доріг України (Укравтодор) Протокол від ”_____” ________ 2006 р. № __________ РЕКОМЕНДАЦІЇ З ПРОЕКТУВАННЯ ПРОГОНОВИХ БУДОВ АВТОДОРОЖНІХ МОСТІВ (ПРОГОНАМИ 24-42 м) ІЗ СТАЛІ ЯК ОСНОВНОЇ НЕСУЧОЇ КОНСТРУКЦІЇ ТА ЗАХИСНОЇ АНТИКОРОЗІЙНОЇ ОБОЛОНКИ З КОМПОЗИТНОГО МАТЕРІАЛУ Р А.2.2 – 218 - 02070915-529:2006 РОЗРОБЛЕНО Перший проректор проректор з наукової роботи НТУ, д.т.н., ПОГОДЖЕНО професор Начальник управління ______________________ науково-технічної політики М.М.Дмитрієв __________________ С.І. Андрєєв ”_____” ”_____”______________2006 р. _________________2006 Заступник директора департаменту р. автомобільних доріг – нач. відділу Науковий керівник штучних споруд розробки ____________________М.Г.Парубець д.т.н., професор ”_____” _________________ 2006 р __________________ В.Г.Піскунов “ ____” ______________ 2006 р. Київ - 2006
Рекомендації розроблені в Національному транспортному університеті. Керівник розробки – д-р техн. наук, проф. В.Г.Піскунов. Виконавці: д-р техн. наук, проф. В.С.Сіпетов, к.т.н.,доц.Б.В.Гриневицький, ст. наук. співр. Н.Г.Сіпетова, Н.М.Стишковська, мол. наук.співр. І.О.Кондрюкова, Р.В.Гриневицький. 1 ВСТУП
Дані Рекомендації розроблено Національним транспортним університетом згідно Технічного завдання на виконання науково-дослідної роботи на тему: „Розробити рекомендації з проектування прогонових будов із сталі і композитних матеріалів та альбом конструктивних рішень”. Замовником роботи є Державна служба автомобільних доріг України.
Метою роботи є розробка нових конструктивних рішень прогонових будов автодорожніх мостів (прогонами 24м - 42м) із сталі, як матеріалу основної несучої конструкції, та захисної антикорозійної оболонки з композитного матеріалу, складання альбому розроблених конструктивних рішень. Областю застосування Розробки є проектування нових та існуючих, що підлягають реконструкції, мостів. Необхідність Розробки викликана наступним: - інтенсивним проектуванням та будівництвом нових мостових споруд та необхідністю реконструкції певної частини існуючих мостів із заміною прогонових будов під сучасні навантаження та габарити, зважаючи, що до 60% існуючих мостів не відповідають Державним будівельним нормам; - потребою створення, полегшених конструкцій, порівняно з існуючими бетонними та сталезалізобетонними, прогоновими будовами, підвищенням стійкості прогонових будов, до корозії; - удосконаленням технології виготовлення прогонових будов та їх монтажу, будівництвом мостів з різноманітними габаритами на основі монтажних блоків стандартних розмірів; - створенням конструкції для застосування гірських місцевостях, в умовах стисненого проїзду, в першу чергу на дорогах місцевого значення; - застосуванням як інвентарних конструкцій, в якості тимчасових мостів, а також мостів, що будуються з технологічної необхідності в процесі дорожніх робіт та при ліквідації наслідків стихійних лих. 2. НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. ДБН В.2.3.-4-2000. Споруди транспорту. Автомобільні дороги. ДБН- В.2.3. – 14 : 2006. Мости та труби. Правила проектування. 3. ЗАГАЛЬНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ПО ВИБОРУ НОВИХ КОНСТРУКТИВНИХ РІШЕНЬ ПРОГОНОВИХ БУДОВ Прогонові будови потрібно виготовляти із укрупнених монтажних блоків заводського виготовлення, які за довжиною дорівнюють прогону моста (або частині прогону), а за шириною (близько 3 м), дозволяють змонтувати прогонову будову моста потрібного габариту. Отже, прогонова будова монтується з необхідної кількості блоків в залежності від прийнятого
габариту проїзної частини моста. Такі блоки забезпечать прискорений монтаж прогонової будови, як при будівництві нових мостів, так і при реконструкції (заміні зношеної прогонової будови). Прогонову будову в цілому необхідно виготовляти в дві стадії: - заводську (по блоках); - монтажну (об’єднання блоків та влаштування плити проїзної частини). Загальна конструктивна схема прогонової будови подана на рис. 1. Конструкція монтажного блоку складається з наступних елементів: - головні несучі балки коробчастого або іншого перерізу, виготовлені зі сталі 15ХСНД з розрахунковим опором за границею текучості 295 МПа або сталі 10ХСНД з розрахунковим опором 350 МПа. - поперечні сталеві балки-пов’язі, на які опираються різні варіанти плит (конструкції варіантів плит подано в наступному підрозділі); - для об’єднання сталевих головних балок та залізобетонної плити прогонової будови слід використовувати гнучкі упори штирового типу, які закріплюються контактною стиковою зваркою; - для залізобетонних плит слід використовувати незнімну металеву несучу опалубку з профільованого листа; - поверхню сталевих частин монтажного блоку слід захистити оболонкою із композитного поліуретанового компаунда, виготовленого за стандартом ISO; - поверхню залізобетонної плити необхідно вкривати гідроізоляційним шаром з композитної тканини.
Рисунок 1 - Конструктивна схема прогонової будови 4. РЕКОМЕНДОВАНІ ВАРІАНТИ КОНСТРУКТИВНИХ РІШЕНЬ ПРОГОНОВИХ БУДОВ Варіант 1
Рисунок 2 - Прогонова будова з плитами із деревини
Основним конструктивним елементом є головна несуча сталева балка коробчастого перерізу (рис. 2). Плита проїзної частини складається з дерев’яно-композитних балочних елементів коробчастого перерізу, які утворюють ортотропну плиту. Захисна антикорозійна оболонка з композитного матеріалупокриваєокремо кожен із елементів конструкції та монтажний блок в цілому. Рисунок 3 - Переріз головної балки з елементами плити проїзної частини Варіант 2а
Рисунок 4 - Прогонова будова із монолітними залізобетонними пустотними плитами з верхньою та нижньою стержневою арматурою
Основним конструктивним елементом є головна несуча сталева балка коробчастого перерізу. Особливістю даного варіанту є те, що плита проїзної частини влаштовується на стадії монтажу після об’єднання блоків. Армування плити, встановлення композитних пустотоутворювачів, влаштування опалубки та безпосередньо бетонування виконується на будівельному майданчику. Арматурні сітки прикріплюються до головних та поперечних балок електрозварюванням. Варіант 2б
Рисунок 5 - Прогонова будова із монолітними залізобетонними пустотними плитами з верхньою стержневою арматурою та нижнім сталевим листом Особливістю даного варіанту плити проїзної частини в порівнянні з попереднім є те, що замість нижньої арматурної сітки влаштовується сталевий лист, який виключає влаштування опалубки при бетонуванні. Для зчеплення монолітного бетону із сталевим листом на його поверхні влаштовується епоксидно дьогтьовий захисний зчіплюючий шар. Варіант 3
Рисунок 6 - Прогонова будова з тришаровою плитою із пінобетону та верхнім і нижнім сталевими листами Основним конструктивним елементом є головна несуча сталева балка коробчастого перерізу. Плита проїзної частини утворюється шляхом заповнення пінобетоном простору між верхнім та нижнім сталевими листами. Листи прикріплюються до головних та поперечних балок на стадії виготовлення блоку. У верхньому сталевому листі влаштовуються отвори для заповнення пінобетоном на стадії монтажу прогонової будови. Варіант 4а
Рисунок 7 - Прогонова будова зі збірними шатровими залізобетонними плитами Основним конструктивним елементом є головна несуча сталева балка коробчастого перерізу. Плита проїзної частини утворюється на стадії монтажу шляхом встановлення збірних
шатрових плит, які опираються на головні та поперечні балки. Об’єднання плит зі сталевими балками виконується за рахунок влаштування вирівнюючого бетонного шару. Варіант 4б
Рисунок 8 - Прогонова будова зі збірними пустотними залізобетонними плитами Особливістю даного варіанту плити проїзної частини в порівнянні з попереднім є те, що замість шатрових плит встановлюються пустотні залізобетонні плити. ВАРІАНТ 5. Антикорозійна композитна оболонка
Рисунок 9 - Прогонова будова з головними несучими сталевими балками зі зварних швелерів та монолітною залізобетонною плитою Основним конструктивним елементом блоку є головні несучі сталеві балки зі зварних швелерів, об’єднаних поперечними балками-пов’язями. Плита проїзної частини влаштовується на стадії монтажу після об’єднання блоків. Армування плити, влаштування незнімної металевої опалубки з профільованого листа та безпосередньо бетонування виконується на будівельному майданчику. 5 РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО РОЗРАХУНКУ КОНСТРУКЦІЇ ПРОГОНОВОЇ БУДОВИ
Тимчасові навантаження. При проектуванні нових мостів та реконструкції існуючих з розроблюваним типом прогонової будови рекомендується призначати тимчасові навантаження, що відповідають сучасним транспортним засобам, які моделюються відповідно схемами А-15 та НК-100. Методика розрахунку. Сконструйовану прогонову будову певного прогону та габариту рекомендується розраховувати за просторовою схемою. Доцільно застосувати метод скінченних елементів та обчислювальні комплекси типу „SCAD” або „LIRA”. Ці комплекси не потребують попереднього визначення жорсткісних характеристик складових частин прогонової будови. Необхідно безпосереднє завдання геометричних та фізико-механічних параметрів цих частин. Результатами розрахунку є деформації, зусилля та напруження (в т.ч. еквівалентні), по яких робиться оцінка жорсткості та міцності конструкції. Розрахунок прогонової будови кожного прогону (24м, 33м, 42 м) слід виконувати у три етапи: - від постійного навантаження (власна вага), для підтвердження достовірності розрахункової схеми (симетрії результатів відносно осі прогонової будови); - від комбінації нормативного тимчасового та постійного навантажень, для оцінки жорсткості (визначення деформацій – прогинів); - від комбінації розрахункового тимчасового та постійного навантажень, для отримання зусиль, напружень та оцінки міцності. Полки, стінка та діафрагми головних балок моделюються скінченними елементами оболонки нульової кривизни, балки-пов’язі та стержні - скінченними елементами універсального стержня загального положення. Оцінки жорсткості та міцності. Жорсткість прогонової будови з розрахунковим прогоном L визначається найбільшими прогинами, які не повинні перевищувати величини L/400, але її допускається збільшувати на 20%. Міцність сталевих складових частин прогонової будови оцінюється за еквівалентними напруженнями (III, IV теорії міцності). Міцність залізобетонної плити забезпечується підбором арматури за величиною найбільших згинальних моментів, отриманих як результат розрахунку. 6 ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ТА МОНТАЖУ ПРОГОНОВИХ БУДОВ Прогонову будову в цілому необхідно виготовляти у дві стадії: – заводську (по блоках); – монтажну (об’єднання блоків та влаштування плити проїзної частини). Заводська стадія повинна включати: – виготовлення зварних конструкцій головних балок; – об’єднання головних балок у монтажний блок; – улаштування антикорозійної оболонки з композитного матеріалу в залежності від типу конструкції монтажного блоку. Зовнішні поверхні металевої конструкції слід захищати по наступній загальній схемі: - очистка металевих поверхонь; - покриття поверхонь між операційним ґрунтом (різка та зварювання металу виконується по ґрунту); - монтаж ґрунтованих конструкцій ; - нанесення тришарової поліуретанової композитної оболонки . Монтажна стадія повинна включати: – установлення монтажних блоків у проектне положення на опори моста;
– об’єднання блоків у суцільну прогонову будову за шириною з’єднанням стінок суміжних головних балок високоміцними фрикційними болтами або зваркою за допомогою накладних листів за довжиною в залежності від конструкції головних балок; – улаштування проміжної (міжбалочної) частини плити відповідно до прийнятого варіанту її конструкції; – обладнання конструкції консольних (тротуарних) частин прогонової будови з перилами та бар’єрною огорожею; – укладання арматури верхньої (надбалочної) частини конструкції плити та її бетонування; – укладання шару гідроізоляції з композитної тканини, якій захищає прогонову будову від корозії, та влаштування асфальтобетонного покриття на проїзній частині та тротуарах. Для прогонових будов довжиною 33м та 42м з метою забезпечення транспортування монтажного блоку можливе його виготовлення із двох частин (половин) за довжиною з наступним об’єднанням їх у суцільний прогон на стадії монтажу.