Сталежелезобетон: высокотехнологичный способ сооружения ответственных конструкций

Сталежелезобетон: высокотехнологичный способ сооружения ответственных конструкций

Конструкции из систем с названием сталежелезобетон – особая категория, где удачно уравновешены соотношения стальной и бетонной составляющих. Данный класс материала представляет собой объединение железобетона монолитного или плиты, стальных элементов и соединительных упоров или анкеров.

Сегодня сталежелезобетонные конструкции активно применяются в строительстве по всему миру. За рубежом их обозначают как «composite construction» в англоязычных странах, или «verbundbau» в государствах с немецким языком.

Конструкции из стали и бетона нашли широкое применение в строительстве.

Этот материал придает строениям исключительную мощность и высокие технические показатели.

Типы конструкций

1. Прокатные, сварные или гнутые профили из стали. Они располагаются вне железобетонной основы. Это балки мостов и перекрытий, сталежелезобетонные пролетные строения.

На фото — применение стальных профилей, как арматуры бетона.

1. С применением металлических профилей в качестве жесткой основы. В данном случае арматура расположена внутри бетона. Используется для изготовления опор, балок, колонн.
2. Листовые профили или прокат из стали, размещенные по периметру, граням, либо вокруг сечения. К этому типу можно отнести трубобетонные изделия.
3. Постоянная стальная опалубка, одновременно несущая нагрузку арматуры. Несъемная конструкция оптимальна в качестве перекрытий и резервуаров.

Основные свойства материала

Совокупность проверенных временем и опытом материалов, их грамотное совмещение и соблюденные технологии дают ожидаемый эффект. Для строительства грандиозных сооружений, предприятий, мостов, общественных зданий сталежелезобетон не заменим.

Характеристики и назначение

1. За рубежом рассматриваемые конструкции активно используются при строительстве перекрытий в производственных и общественных местах. То есть там, где присутствуют постоянные ощутимые нагрузки и механические воздействия.

Металл и бетон хорошо взаимодействуют, создавая надежную конструкцию.

Обратите внимание! Вероятность сдвигов в местах контакта элементов сведена к минимуму. Составные части, благодаря хорошей адгезии, силе трения элементов, остаются неподвижными. Здесь оправдано присутствие как гибких, так и жестких упоров или анкеров, сцепляющих составляющие в единое целое.

1. Качественную работу частей на изгиб обеспечивают упоры жесткого типа. Деформация сжатия при этом будет максимально равномерно расходиться по всей площади.
2. Анкера обеспечат плавное и равномерное распределение растяжения. Если соблюдена инструкция, а в проектировании строения участвовали высококлассные специалисты, объект простоит века.
3. Не менее востребован тип с профлистами из стали. За счет трения и сцепления бетона с листом, обеспечивается как прочное соединение, так и минимизация сил сдвига.

Проект сооружения, составленный специалистами.

Обратите внимание! Строительные организации нередко обладают запатентованными методами совмещения элементов. Права на технологию принадлежат в этом случае изготовителю конструкций. Также организация берет на себя и обязанности на расчет сталежелезобетонного пролетного строения, соответственно, неся ответственность за проект.

Преимущества объединения бетона и стали

Конструкция таких сооружений обладает увеличенной прочностью.

1. Стоит отметить меньшую, по сравнению с железобетонными системами, массу конструкций.
2. Расход стали будет меньше в конструкциях, комбинированных с железобетоном. Полностью стальные системы отличают высокая цена, а также затраты на исходный материал.
3. Комбинация железобетона со сталью дает наивысший показатель жесткости.
4. Полное соответствие современным требованиям и нормам строительных технологий.
5. Разработанная специалистами предельная простота узловых соединений, что значительно облегчает процесс монтажа.
6. За счет включения железобетона в конструкции с присутствием стальных составляющих, расход последних снижается на 15 %.

Недостатки систем

1. Из-за внешних воздействий (перепад температур, повышенная влажность, деформации почв) случаются специфические изменения готовых строений.
2. Необходимость монтажа связующих дополнений увеличивает время строительных работ.
3. Достаточно сложные расчеты жесткости и прочности, требующие квалифицированного подхода и повышенных затрат.
4. Необходимость учета всех пунктов работы самой системы, и сопутствующих факторов (подвижности бетона, сдвигов, нагрузок на сжатие и растяжение, силы трения и пр.).

Стадийность работ

Технология позволяет возводить высотные здания.

Рассчитывая технологию масштабных сооружений (сталежелезобетонные мосты, цеха, гипермаркеты, порты, спорткомплексы) специалист обязан учесть все стадии работ.

1. Монтажная стадия. До замоноличивания бетона все нагрузки, в том числе от его массы берет на себя стальной каркас. Понятно, что расчеты должны учитывать запас прочности металлических составляющих.
2. Эксплуатационный этап. Когда бетон достиг степени заданной прочности, уже объединенная с ним конструкция несет общий собственный вес плюс нагрузку от полов, стен, перекрытий и тому подобного.

Обратите внимание! Нагрузки от сжатия в описываемых системах воспринимаются в основном бетонными частями, а нагрузки от растяжений – стальными. Благодаря совокупности двух типов стройматериалов создается нужный запас прочности.

Особенности проведения расчетов

Стоит отметить два типа работ по разработке и расчетам – на бытовом уровне, и в промышленных масштабах.

1. Частник, ведущий строительство своими руками, берет всю ответственность за надежность постройки на себя. В подавляющем большинстве случаев соотношения стальной и бетонной частей, их толщина, вес и характеристики подбираются интуитивно.
2. Процесс возведения в больших объемах подразумевает четкую и слаженную работу целой команды профессионалов. Без специализированных фирм в этом случае не обойтись.

Вывод

Инновационные технологии, области, где присутствует сталежелезобетон, стали настоящим прорывом в современном строительстве. Именно поэтому сегодня возведение мега сооружений перешло из разряда фантастики в реальность.

Приложенное видео в этой статье предлагает изучить еще больше полезных подробностей.

Стержневые конструкции из сталежелезобетона

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 04.12.2016 2016-12-04

Статья просмотрена: 654 раза

Библиографическое описание:

Березкина, А. Ю. Стержневые конструкции из сталежелезобетона / А. Ю. Березкина, С. О. Постанен, М. О. Постанен. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 26 (130). — С. 12-14. — URL: https://moluch.ru/archive/130/36141/ (дата обращения: 01.11.2020).

Проанализирован опыт применения сталежелезобетонных стержневых конструкций за рубежом и перспективы его применения в России. Приведены сведения о трубобетонных конструкциях, их экономические, конструкционные и технологические преимущества.

Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, трубобетон, стержневые элементы, композитные материалы, высотное строительство, сталь, бетон

Современное строительство — это разработка новых материалов, имеющих высокие прочностные и эксплуатационные характеристики, поиск новых решений, позволяющих сэкономить как трудовые, так и денежные ресурсы.

На данном этапе развития строительства все чаще применяется такой термин как «композитные материалы». Они, как правило, состоят из пластинчатой основы и наполнителя, в качестве которых выступают, обычно, уже изученные материалы. Таким образом, совмещая различные свойства традиционных материалов, можно получить совершенно новый, обладающий свойствами, количественно и качественно отличающимися от свойств каждого из составляющих. Сталежелезобетон, сочетая в себе железобетонную и стальную составляющие, является отличным примером композитного материала.

Применение сталежелезобетонных конструкций

Для стержневых элементов, таких как балки и колонны, применяются трубобетонные конструкции, которые являются разновидностью сталежелезобетонных. Они выполнены из обоймы в виде металлической трубы, заполненной железобетонной составляющей, образующей внутреннее ядро. При такой комбинации материалов наиболее полно используются их специфические свойства, что позволяет существенно снизить массу конструкции, уменьшить расход стали и бетона, и, как следствие, сократить общие затраты на строительство.

Трубобетонные конструкции широко применяются при строительстве таких ответственных сооружений, как метрополитены, мосты, тоннели и высотные здания. Связано это с тем, что применение такого материала при действии как статических, так и различных динамических воздействий существенно улучшает механические свойства конструкции — прочность, жесткость, устойчивость, огнестойкость.

Опыт применения трубобетона имеют США, Япония и ряд Европейских стран. Но, наиболее широко, на данный момент, трубобетон применяется в Китае. В стране насчитывается более 30 небоскребов, несущие конструкции которых выполнены в трубобетонном исполнении [2]. Ярким примером является телебашня «Canton Tower» в городе Гуанчжоу, построенная в 2009 году. Ее высота достигает 600 метров. Несмотря на то, что здание имеет криволинейную форму, основными несущими элементами являются прямолинейные трубобетонные колонны (рис.1).

Рис. 1. Телебашня Canton Tower в городе Гуанчжоу

Другими примерами применения трубобетона в гражданском строительстве могут служить 58-этажное административное здание «Two Union Square» высотой 230,7 м (США), 72-этажное административное здание в Шинзиэне (КНР), 62-этажное административное здание «Key Bank Tower» (США) [1]. В мостостроении — мост «Manaus-Iranduba» через левый приток Амазонки, его опоры выполнены в виде массивных трубобетонных стоек.

Еще одной разновидностью сталежелезобетонных стержневых конструкций являются конструкции с жесткой арматурой. Они также сочетают в себе свойства двух материалов — стали и бетона, только, в этом случае, ядром служат стальные профили, представленные в виде уголков и швеллеров, а обойма выполнена из железобетона. Такие конструкции применяют, в основном, в промышленном строительстве, при наличии больших нагрузок.

Достоинства сталежелезобетонных конструкций

В трубобетонных конструкциях стальная оболочка выступает в качестве несъемной опалубки, что значительно упрощает процесс возведения конструкции и уменьшает сроки строительства. Помимо этого, стальная труба играет роль продольного и поперечного армирования.

Так как пространство внутри трубы полностью заполнено бетоном, значительно возрастает коррозионная стойкость металла, вследствие уменьшения воздействия негативных факторов на металлическую «опалубку» изнутри. Железобетонный массив, в свою очередь, обжат обоймой равномерно со всех сторон, что обеспечивает его трехосное сжатие, при котором прочность бетона возрастает в несколько раз. Также, наличие стальной оболочки снижает процесс трещинообразования в бетоне, уменьшает влияние таких факторов, как ползучесть и усадка.

Следует отметить, что заполнение стальной трубы бетоном повышает жесткость элементов, локальную устойчивость стенок трубы, значительно увеличивает несущую способность и огнестойкость.

Конструкции из трубобетона используются при строительстве ответственных сооружений, так как они очень надежны в эксплуатации. В отличие от железобетонных элементов, которые при развитии больших деформаций могут мгновенно потерять несущую способность, трубобетонные конструкции способны выдерживать значительные нагрузки в течение более долгого времени. Таким образом, исключается возможность хрупкого разрушения, которое считается особенно опасным.

Именно поэтому, возможно применение таких конструкций при строительстве особо важных объектов, высотных зданий в любых условиях, даже в сейсмоопасных районах.

К экономическим преимуществам относятся: сокращение расхода металла при возведении каркасов высотных зданий в 1,8–2 раза, сокращение сроков строительства коробок зданий и сооружений в 1,5–2 раза, снижение себестоимости строительства на 25–35 %. К технологическим: возможность работы в зимнее время, снижение объема сварочных работ, высокая скорость возведения [5].

Недостатки применения

Сложность обеспечения совместной работы стали и бетона существенно осложняет применение трубобетонных конструкций, требуя разработки эффективных узлов сопряжения. Также, достаточно трудоемко сопряжение трубобетонных колонн с элементами перекрытия.

Помимо этого, расчет таких конструкций является достаточно сложным. На данный момент, не существует единой методики расчета, учитывающей все факторы, влияющие на работу такой составной конструкции.

Несмотря на то, что история применения сталежелезобетона берет свое начало еще в середине XIX века, в России материал пока не получил широкого применения. Связано это, отчасти, с тем, что процесс проектирования сталежелезобетонных конструкций усложняется из-за отсутствия нормативной базы. На данный момент, идет разработка Свода Правил по проектированию сталежелезобетонных конструкций, и очень хочется надеется, что после их утверждения трубобетонные конструкции найдут широкое применение в нашей стране.

Сталежелезобетон: высокотехнологичный метод сооружения

Конструкции из систем с заглавием сталежелезобетон – особенная категория, где удачно уравновешены соотношения металлической и цементной составляющих. Этот класс материала является объединением железобетона монолитного либо плиты, соединительных упоров и стальных элементов либо анкеров.

Сейчас сталежелезобетонные конструкции широко используются в строительных работах в мире. За границей их обозначают как «composite construction» в англоязычных государствах, либо «verbundbau» в странах с германским языком.

Данный материал придает строениям необыкновенную мощность и высокие технические показатели.

Типы конструкций

1. Прокатные, сварные либо гнутые профили из стали. Они находятся вне бетонной базы. Это перекрытий и балки мостов, сталежелезобетонные пролетные строения.

1. С применением железных профилей в качестве твёрдой базы. В этом случае арматура расположена в бетона. Употребляется для изготовления опор, балок, колонн.
2. Листовые профили либо прокат из стали, размещенные по периметру, граням, или около сечения. К этому типу возможно отнести трубобетонные изделия.
3. Постоянная металлическая опалубка, в один момент несущая нагрузку арматуры. Несъемная конструкция оптимальна в качестве резервуаров и перекрытий.

Фундаментальные свойства материала

Совокупность проверенных опытом и временем материалов, их грамотное совмещение и соблюденные разработки дают ожидаемый эффект. Для постройки грандиозных сооружений, фирм, мостов, публичных сооружений сталежелезобетон не заменим.

Характеристики и назначение

1. За границей разглядываемые конструкции широко применяются при постройке перекрытий в производственных и публичных местах. Другими словами там, где присутствуют постоянные механические воздействия и ощутимые нагрузки.

Обратите внимание! Возможность сдвигов в местах контакта элементов сведена к минимуму. Составные части, благодаря хорошей адгезии, силе трения элементов, остаются неподвижными. Тут оправдано присутствие как гибких, так и твёрдых упоров либо анкеров, сцепляющих составляющие в единое целое.

1. Качественную работу частей на изгиб снабжают упоры твёрдого типа. Деформация сжатия наряду с этим будет максимально равномерно расходиться по всей площади.
2. Анкера обеспечат плавное и равномерное распределение растяжения. В случае если соблюдена инструкция, а в проектировании строения принимали участие специалисты высокого уровня, объект простоит века.
3. не меньше пользуется спросом тип с профлистами из стали. За счет трения и сцепления бетона с страницей, обеспечивается как прочное соединение, так и минимизация сил сдвига.

Обратите внимание! Строительные организации часто владеют запатентованными способами совмещения элементов. Права на разработку принадлежат в этом случае изготовителю конструкций. Кроме этого организация берет на себя и обязанности на расчет сталежелезобетонного пролетного строения, соответственно, отвечая за проект.

стали объединения и Преимущества бетона

Недочёты систем

1. Из-за внешних действий (перепад температур, повышенная влажность, деформации земель) случаются специфические трансформации готовых строений.
2. Необходимость монтажа связующих дополнений увеличивает время строительных работ.
3. Достаточно прочности и сложные расчёты жёсткости, требующие повышенных затрат и квалифицированного подхода.
4. Необходимость учета всех пунктов работы самой системы, и сопутствующих факторов (подвижности бетона, сдвигов, нагрузок на растяжение и сжатие, силы трения и пр.).

Стадийность работ

Рассчитывая разработку масштабных сооружений (сталежелезобетонные мосты, цеха, гипермаркеты, порты, спорткомплексы) эксперт обязан учесть все стадии работ.

1. Монтажная стадия. До замоноличивания бетона все нагрузки, а также от его массы берет на себя металлический каркас. Ясно, что расчеты должны учитывать запас прочности железных составляющих.
2. Эксплуатационный этап. В то время, когда бетон достиг степени заданной прочности, уже объединенная с ним конструкция несет неспециализированный личный вес плюс нагрузку от полов, стен, перекрытий и тому аналогичного.

Обратите внимание! Нагрузки от сжатия в обрисовываемых системах воспринимаются по большей части цементными частями, а нагрузки от растяжений – металлическими. Благодаря совокупности двух типов строительных материалов создается необходимый запас прочности.

Особенности проведения расчетов

Необходимо подчеркнуть два типа работ по расчётам и разработке – на бытовом уровне, и в промышленных масштабах.

1. Частник, ведущий строительство своими руками, берет всю ответственность за надежность постройки на себя. Практически во всех случаях соотношения металлической и цементной частей, их толщина, характеристики и вес подбираются интуитивно.
2. Процесс возведения в громадных объемах подразумевает четкую и слаженную работу целой команды специалистов. Без профильных компаний в этом случае не обойтись.

Вывод

Инновационные разработки, области, где присутствует сталежелезобетон, стали настоящим прорывом в современном постройке. Как раз исходя из этого сейчас возведение мега сооружений перешло из разряда фантастики в действительность.

Приложенное видео в данной статье предлагает изучить еще больше нужных подробностей.

Конструкции сталежелезобетонных пролетных строений

Железобетонная плита проезжей части в сталежелезобетонных пролетных строениях объединена со стальными балками так, что она включается в работу на общее действие нагрузки. Такое реше­ние весьма эффективно в разрезных пролетных строениях, где главные балки на всей длине работают на положительный изгиба­ющий момент, и железобетонная плита проезжей части работает на сжатие. Сталежелезобетонные балки применяются и в нераз­резных пролетных строениях на части длины, где действуют толь­ко положительные моменты, а также на всей длине, когда в зоне отрицательных моментов пролетного строения в железобетонной плите проезжей части создают обжатие, чтобы она могла воспри­нимать растягивающие напряжения.

В сталежелезобетонных пролетных строениях железобетонная плита может быть сборной и монолитной. Для бетонирования монолитной плиты необходимы установка опалубки, производ­ство арматурных работ на месте строительства, укладка бетон­ной смеси. Выполнение всех этих работ трудоемко, уход за бето­ном во время его твердения сложен. Но монолитная плита обеспечивает более надежную связь с упорами и лучше работает в объединенном сечении.

Сборные железобетонные плиты позволяют значительно уско­рить темпы строительства, особенно в местностях с суровым кли­матом, но требуют специальных мер для связи с упорами и объ­единения плит в продольном и поперечном направлениях.

Вид поперечного сечения сталежелезобетонного пролетного строения зависит от его габарита и пролета и в значительной сте­пени определяется рациональным пролетом железобетонной пли­ты, изменяющимся при толщине плиты 15. 25 см в пределах от 3 до 6 м (рис. 11.9, а).

При шаге сварных двутавровых балок 3 м в поперечном сечении плита проезжей части может быть принята толщиной 20 см. При шаге балок 6. 10 м плиту той же толщины опирают на вспомогательные прогоны, выполняемые из прокат­ных профилей (рис. 11.9, б). Для улучшения распределения на­грузки между главными балками пролетного строения в его попере­чных сечениях с шагом 3. 6 м устраивают решетчатые попереч­ные связи (рис. 11.9, а, б). Включение в работу балки железобетон­ной плиты проезжей части позволяет заметно уменьшить сечение стального верхнего пояса.

В сталежелезобетонных пролетных строениях при пролетах бо­лее 60 м применяют обычно балки коробчатого сечения с верти­кальными и наклонными стенками (рис. 11.9, в, г).

Что такое железобетон: виды, область применения

Железобетонные конструкции — достаточно распространенный вид материалов в строительстве, без которого не обходится сегодня ни одна современная стройка по всему миру.

Что такое железобетон?

Железобетон это – композитный строительный материал, для производства которого используется сталь и бетон. При его изготовлении, заранее подготовленный железный каркас заливается раствором из цемента, песка и воды. После его затвердевания и получается железобетон, обладающий прочностью стали и стойкостью к факторам окружающей среды бетона, компенсируя при этом их недостатки. В частности стойкостью к сжатию и растяжению.

Понятие и историческая справка

Первым железобетон изготовил французский садовник, выращивающий экзотические растения в оранжерее Версаля — Жозеф Монье. Он занимался продажей саженцев пальмы, получая при этом мало дохода. Большую часть выручки приходилось отдавать бондарю, который готовил для будущих пальм деревянные горшки.

Дешевым вариантом стал керамический сосуд, но он является очень хрупким изделием, и при случайном падении садовника, не заметившего на полу мешок с цементом, попросту разбился. Но данный случай навел его на мысль изготавливать горшки из цемента и песка. И здесь наш герой потерпел фиаско — материал легко разрушали со временем, обладающие большой силой роста корни растений. Для укрепления конструкции он зашил ее в металлический каркас, но изделие при этом, потеряло эстетический внешний вид, поэтому садовник покрыл его еще одним внешним слоем бетона.

В результате подобные горшки получились практичными и недорогими. После этого, Жозеф Монье запатентовал свою технологию и не прогадал, ведь свойства подобного материла стали востребованными в строительстве. Железобетон стали использовать повсеместно для создания зданий и сооружений, которые отличались прочностью и надежностью, стойкостью к разным факторам окружающей среды.

Виды по технологии изготовления

Железобетонные изделия бывают:

• Монолитными. Их создают на месте ведения строительных работ. Ярким примером этого вида является фундамент. Производится он следующим образом – вырывается котлован, в котором создается опалубка, монтируется армирующая сетка, которая впоследствии, заливается непосредственно бетонным раствором.
• Сборными. Элементы будущей сборной конструкции производятся в цеху, не на месте строительства. После достижения ими готовности, они транспортируются к месту сборки.
• Сборно-монолитные. Зачастую несущее основание конструкции заливается на месте, а его верхняя часть собирается из элементов, заранее изготовленных промышленным способом.

• Обычными.
• Предварительно напряженными.

Технология изготовления напряженного бетона достаточно проста и ничем особо не отличается от применяемой при производстве обычного. Единственным отличием является то, что армирующая сетка предварительно натягивается, и после затвердевания бетона при снятии натяжителей энергия напряжения работает на сжатие, передается всему изделию, обеспечивая ему повышенную стойкость, компенсацию весовым растягивающим нагрузкам.

• железобетонные трубы (Т, ТБР, ТСП);
• колодезные кольца (К);
• дорожные плиты (ПД);
• сваи (С);
• сваи с прямоугольным сечением (СГ);
• плиты для ленточных фундаментов (ФЛ);
• блоки стен подвалов (ФБС);
• прогоны (ПРГ);
• брусковые перемычки (ПБ);
• пустотелые плиты перекрытий (Пк).

Преимущества и недостатки

Он представляет собой плотный, прочный, тяжелый материал, который плохо впитывает влагу и пропускает воздух, устойчив к влиянию температур в широком диапазоне.

1. Прочность и износостойкость.
2. Самоуплотняемость. Со временем он становится тверже и прочнее.
3. Стойкость к нагрузкам.
4. Долговечность.
5. Пожаростойкость. Изготовленные из этого материала конструкции не возгораются, не способствуют горению.
6. Химическая нейтральность.
7. Технологичность. Можно производить изделия любой формы, придавать им при помощи добавок любой цвет.
8. Небольшая стоимость.

1. Сравнительно с чистым металлом небольшая прочность.
2. Для производства изделий и их составных элементов требуется достаточно большое количество времени.
3. Приличная масса. Даже использование легких бетонов не позволяет существенно снизить вес.
4. Вероятность появления трещин после усадки, которые необходимо отметить не влияют на свойства изделия и не обеспечивают его разрушение.
5. Низкий уровень тепло- и звукоизоляции.
6. Плохая воздухопроницаемость. Созданные из него здания требуют обустройства системы вентиляции, в случае если планируется длительное пребывание в них людей.

Свойства и состав

В состав железобетона входят цемент, вода, песок и железо. В изделии используется больше бетона, чем металла. При этом удельный вес железа и конструкция стального каркаса может быть разной. Все зависит от изделия, которое планируется создать – плита, колона, свая, фундамент и т.д.

• прочность;
• надежность;
• долговечность.

Виды арматуры

1) в зависимости от назначения:

• рабочей;
• выдерживающей максимальные нагрузки на растяжение;
• распределяющей нагрузки по всей плоскости изделия.

2) в зависимости от технологии производства:

• стержневой. В эту категорию входят прутки, стержни любого диаметра, изготовленные по технологии горячей прокатки;
• армирующая проволока. Производится, как из низкоуглеродистой, так и из высокоуглеродистой стали.

Поверхность армирующих элементов может быть гладкой или рифлёной.

Виды бетона

При производстве избыточных железобетонов применяются бетоны, которые имеют прочность на сжатие не ниже класса В15. В состав изделия включается стержневая арматура классов А240, А300, А400, А500, В500, диаметр которой должен быть не меньше 40 мм. Созданная для заливки конструкция имеет вид пространственных каркасов и плоских сеток. Нередко может быть использовано жесткое армирование с применением профилированных стальных заготовок – швеллеры, уголки, двутавры.

Для изготовления перенапряженных железобетонов применяются марки бетонов В20 — В60 (относятся к тяжелым), арматурная сталь — А540, А600, А800, А1000, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500, К1400 и К1500.

Сталефибробетоны изготавливаются из специальных бетонных смесей с применением для армирования металлических пластин небольшого размера.

Характеристики

Что такое железобетон? Это удачное сочетание свойств двух разных материалов, которые можно объединить в одну монолитную конструкцию. Вначале создается форма для заливки. После этого из стали каркас. Далее замешивается раствор, который заливается в форму. Изделие должно определенное время выстояться, чтобы приобрести требуемые свойства. В процессе затвердевания между арматурой и бетоном возникают существенные силы сцепления, поэтому под определенной нагрузкой оба материала деформируются совместно.

В число полезных и востребованных в современном строительстве свойств этого материала входит:

• высокая плотность;
• способность выдерживать очень большие весовые и ударные нагрузки;
• стойкость к воздействию влаги, повышенных и пониженных температур, их резким колебаниям.

Как тот, так и другой материал имеют приблизительно одинаковый коэффициент линейного расширения. По этой причине даже при воздействии повышенных температур не наблюдается внутренних разрывов и разрушения, сохраняется изначальная целостность.

Прочное соединение входящих в железобетон материалов обеспечивается:

• специальными выступами, которые обеспечивают 75 % общей величины сцепления;
• силами трения;
• адгезией (склеиванием) бетона и металлических элементов

Область применения

Железобетонные изделия являются широко используемым в строительстве материалом, в частности при создании:

• гражданских, жилых зданий;
• промышленных зданий;
• сооружений, инженерных конструкций и т.д.

Все используемые в строительстве элементы железобетонных изделий разделяются на следующие группы – предназначенные для создания:

• фундаментов, подземных объектов – колодцев;
• каркасов – балок, прогонов, ригелей, перемычек;
• стен – блоки, перегородки;
• межэтажных конструкций – плиты перекрытия;
• лестниц – марши.

Кроме этого, железобетон имеет узконаправленное применение. Его используют для создания:

• мостов разных размеров;
• гидроэлектростанций не зависимо от того, в каком месте планируется их расположение;
• сооружений, которые будут контактировать с водой;
• ядерных реакторов;
• аэродромов и т.д.

Для обеспечения повышенной стойкости к воздействию влаги в бетон при создании подобных конструкций добавляют специальные вещества, которые отталкивая воду, обеспечивают ему антикоррозийные свойства.

История возникновения и практика применения сталежелезобетонных конструкций

История возникновения и практика применения сталежелезобетонных конструкций для объектов дорожного и гражданского строительства

В.А. Настоящий, В.В. Дариенко

Дан обзор истории развития и внедрения в строительство сталежелезобетонных конструкций.

Одним из важнейших направлений технического прогресса в строительстве выступает применение эффективных конструкций, которые позволяют значительно улучшить показатели материалоемкости, стоимости, трудоемкости. К таким конструкциям принадлежит сталежелезобетон, в состав которого входят прокатные профили, стержневая арматура и бетон.

Экспериментальные исследования работы сталежелезобетонных конструкций гибких упоров (главным образом швеллерного типа и обычных круглых стержней с головками) выполнены в США [2], Англии [3] и Германии [4]. В Советском Союзе большой вклад в исследование объединения стали и железобетона был сделан Н.Н. Стрелецким [1]. Заработанные деньки закупал материалы и проводил экспериментальные исследования, известно что одним из дорогостоящих элементов иследований являются тензо-датчики, которые можно купить в столице.

Сталежелезобетонные конструкции появились позже, чем стальные, и раньше, чем железобетонные. В конце XIX в. среди строителей бытовала мысль, что железные балки, оштукатуренные бетоном (с целью повышения их огне- и коррозионной стойкости или из конструктивных соображений), имеют повышенную жесткость и прочность. Экспериментально это было подтверждено испытаниями, проведенными в Англии в 1923 г. Отечественные мостостроители также отмечали, что при наличии монолитной проезжей части, уложенной на верхние полки стальных балок, действительные прогибы и напряжения значительно меньше расчетных. В 1929 г. Каугей и Скотт в Англии, а в 1939 г. Фрейсине во Франции впервые высказали мнение о целесообразности применения специальных соединительных деталей для обеспечения совместной работы железобетона и стали. В 1939 г. в Швейцарии запатентованы балки системы «Альфа», в которых совместная работа стали и железобетона обеспечивалась спиралями, приваренными к верхней полке стальной балки. Первые сталежелезобетонные мосты системы «Альфа» были построены в Нью-Йорке и Швейцарии. В годы Второй мировой войны и в послевоенные годы для объединения железобетонной части со стальной балкой стали использовать гибкие упоры в виде отрезков швеллеров и двутавров и различные конструкции жестких упоров и стержневых анкеров.

С середины 50-х гг. применяли решетчатые сталежелезобетонные пролетные системы, в которых железобетонные плиты работают вместе с верхними поясами ферм. Использование такой системы сочетания железобетонного верхнего и стального нижнего поясов позволяло увеличивать пролеты сталежелезобетонного мостов.

Развитие сталежелезобетонных мостов связано с применением подобных конструкций во многих отраслях строительства. В сельско-хозяйственном строительстве достаточно широко используют сталежелезобетонные стропильные фермы, составленные из жестких железобетонных сжатых элементов (верхних поясов и элементов решеток) и гибких, растянутых (нижних поясов и решеток).

Достаточно эффективными являются разработанные Г.Д. Поповым еще в 1958 г. большепролетные сегментные сталежелезобетонные покрытия. В основу конструкции положены стальные решетчатые фермы, в которых верхний пояс состоит из двух стальных швеллеров, а все другие элементы выполнены из пучков высокопрочного каната. Растяжение во всех элементах решетки обеспечивается формой нижнего пояса, выпуклого вверх. На верхний пояс ферм уложены сборные железобетонные плиты, которые образуют свод, который благодаря жестким упорам несет нагрузку совместно с фермами.

В кровлях промышленных зданий, которые состоят из стальных решетчатых стропильных ферм и железобетонных плит, возможным является образование эффективной сталежелезобетонной конструкции благодаря соединению железобетонных плит и стальных сжатых поясов. Такое решение дает возможность передать на железобетонные плиты часть сжимающих усилий, которые действуют в верхних поясах ферм, и уменьшить вес поясов почти вдвое.

В последнее время получили широкое распространение монолитные железобетонные плиты по стальному профилированному настилу. В этом случае профилированный настил выполняет много функций, в том числе служит опалубкой при бетонировании и несущей арматурой после отвердевания бетона. Эти конструкции имеют высокую несущую способность, небольшой собственный вес, допускают гибкое планирование помещений, просты при строительстве.

Армирование этих плит может быть только внешним или смешанным. При смешанном армировании применяют стальной профиль и внутреннюю стержневую арматуру.

Важным фактором является обеспечение совместимой работы стального настила и бетона. Необходимой является установка анкерных средств на опорах.

В Украине накоплен некоторый опыт по исследованию и внедрению сталежелезобетонных конструкций. Отрасль применения сталежелезобетона достаточно широка. Об этом свидетельствует большой интерес к его исследованию и проектированию, который можно наблюдать на международных конференциях и симпозиумах [5].

Построены несущие конструкции различных зданий и сооружений с применением трубобетона, балок и ригелей с ленточным армированием, брусковые конструкции, железобетонные плиты по профилированному настилу.

Таким образом, история развития сталежелезобетона свидетельствует о поисках решений, направленных как на повышение исходных характеристик прочности материалов (высокопрочные стали и бетоны), так и на выявление наиболее рациональных форм сочетания бетона и стали при их совместной работе.

Анализ развития сталежелезобетонных конструкций в мире доказывает актуальность и необходимость использования таких конструкций в современном строительстве.

Список литературы
1. Стрелецкий Н.Н. Сталежелезобетонные мосты. – М.: Транспорт, 1965. – 375 с.
2. Standard Specifications for Highway Bridges Seventh Sdidion, American Association of State Highway Officials, 1957.
3. CP 117. Cоmposit construction in Structural Steel and Concrete. Part I. Sinplyaupported Beamsin Building. British Standard Institution, 1965.
4. Eurocode 4. Common Unified Rules Composite Steel and Concrete Structures European Commitue for Standartization (CEN) ENV. 1994-1-1: 1992. – 180 p.
5. Дарієнко В.В. Розрахунок сталезалізобетонних балок з гнучкими анкерами // Проблеми розвитку дорожньо-транспортного і будівельного комплексів: зб. ст. і тез. міжнар. наук.-прак. конф. / КНТУ. – Кіровоград, 2013. – С. 283–287.

Испытания сталежелезобетонных конструкций. Разработка стандарта организации «Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования» В.И.

Фаина Пашкова 3 лет назад Просмотров:

1 Испытания сталежелезобетонных конструкций. Разработка стандарта организации «Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования» В.И. Травуш

2 Испытания сталежелезобетонных конструкций. Железобетонные конструкции с жесткой арматурой а) б) Рисунок 1 — Примеры поперечного сечения колонн строящихся зданий: а) МФУ «Лахта центр, г. Санкт-Петербург, б) Башня 2 АО «КРОКУС», г. Красногорск МО

3 Схема установки датчиков Рисунок 2 Схема установки датчиков для колонн К1 К16

4 Результаты испытаний контрольных образцов кубов бетона, использованного при бетонировании моделей колонн Результаты испытаний пропорциональных образцов стали

5 Эксцентриситет приложения нагрузки Рисунок 3 Схемы расположения эксцентриситета приложения нагрузки

6 Испытания моделей колонн Рисунок 4 — Модель колонны К19, подготовленная к испытаниям на центральное сжатие

7 Испытания призм Рисунок 5 — Бетонная призма без стального сердечника после разрушения Рисунок 6 — Фибробетонная призма без стального сердечника после разрушения

8 Испытания моделей колонн Рисунок 7 Модель колонны К44 (150х150 мм) после разрушения Рисунок 8 Модели колонн К43 (слева) и К45(справа) после разрушения

9 Испытания моделей колонн Рисунок 9 Модель колонны К10 (400 х 400 мм) после разрушения

10 Графики напряжений и деформаций модели колонны К41 (бетон В80). Центральное сжатие

11 Графики напряжений и деформаций модели колонны К19 (фибробетон). Центральное сжатие

12 Графики напряжений и деформаций модели колонны К21 (бетон В80). Эксцентриситет в плоскости А е=3см

13 Графики напряжений и деформаций модели колонны К22 (бетон В80). Эксцентриситет в плоскости Б е=3см

14 Графики напряжений и деформаций модели колонны К28 (бетон В80). Эксцентриситет в плоскости А е=5см

15 Графики напряжений и деформаций модели колонны К44 (бетон В80). Эксцентриситет в плоскости А е=5см

16 Структура СТО «Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования» Введение 1 Область применения 2 Нормативные ссылки 3 Термины и определения 4 Общие положения 5 Материалы 6 Расчет сталежелезобетонных конструкций, подверженных изгибу 6.1 Расчет сталежелезобетонных плит с профилированным настилом 6.2 Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок 7 Расчет сталежелезобетонных конструкций на внецентренное сжатие и растяжение 7.1 Железобетонные конструкции с жесткой арматурой 7.2 Трубобетонные конструкции 8 Конструктивные требования 9 Расчет соединительных элементов сталежелезобетонных конструкций Приложения

17 2 Нормативные ссылки В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы: СП «СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах» СП «СНиП II-23-81* Стальные конструкции» СП «СНиП * Нагрузки и воздействия» СП «СНиП * Основания зданий и сооружений» СП «СНиП Защита строительных конструкций от коррозии» СП «СНиП Сооружения промышленных предприятий» СП «СНиП Организация строительства» СП «СНиП Тепловая защита зданий» СП «СНиП Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» СП «СНиП Несущие и ограждающие конструкции» СП «СНиП Тоннели железнодорожные и автодорожные» СП «СНиП Производство сборных железобетонных конструкций и изделий» СП «СНиП Строительная климатология» «СНиП * Пожарная безопасность зданий и сооружений» а также ГОСТы

18 3 Термины и определения Вводятся термины гибкий упор: Конструктивный элемент, объединяющий стальную и железобетонную части сталежелезобетонной конструкции при их совместной работе и возможном незначительном взаимном сдвиге. Выполняется в виде арматурных петель и анкеров (в том числе на колоннах), коротышей из арматуры или калиброванной стали, стад-болтов с круглой головкой и т.д. жесткий упор: Конструктивный элемент, объединяющий стальную и железобетонную части сталежелезобетонной конструкции, не допускающий их сдвига друг относительно друга. Выполняется в виде коротышей из фасонной стали, уголковых упоров и т.д. комбинированная балка: Конструкция из железобетонной плиты и стальной балки, объединенных для совместной работы при помощи специальных упоров или путем обетонирования стальных балок. конструкции трубобетонные: Железобетонные конструкции, состоящие из наружной стальной оболочки в виде круглой трубы и внутреннего бетонного ядра с рабочей и конструктивной стержневой арматурой или без нее; расчетные усилия от всех воздействий в трубобетонных конструкциях должны быть восприняты бетоном, металлом трубы и рабочей стержневой арматурой. конструкции сталежелезобетонные: Конструкции, выполненные из бетона, конструкционной стали или профилированного настила и гибкой арматуры, в которых обеспечена их совместная работа бетона. сталежелезобетонные плиты с профилированным настилом: Монолитные бетонные или железобетонные плиты с профилированным настилом, выполняющим функции несъемной опалубки на стадии изготовления плиты и внешней рабочей арматуры совместно с гибкими стержнями на стадии эксплуатации плиты. сталежелезобетонный каркас: Каркас, в котором значительная часть элементов или наиболее нагруженные элементы являются сталежелезобетонными.

19 4 Общие положения 4.1Типы сталежелезобетонных конструкций 4.2 Основные требования к конструкциям 4.3 Основные положения по расчетам 4.4 Требования к расчетам Расчет по прочности Расчет по раскрытию трещин Расчет сталежелезобетонных элементов по деформациям Дополнительные требования к расчету композитных конструкции из железобетонных плит и стальных балок Дополнительные требования к расчету трубобетонных элементов

20 5 Материалы 5.1 Бетон 5.2 Арматура 5.3 Сталь 5.4 Профилированный лист 5.5 Анкерные упоры

21 6 Расчет сталежелезобетонных конструкций, подверженных изгибу 6.1 Расчет сталежелезобетонных плит с профилированным настилом 1 стальной профилированный настил с рифлеными стенками гофров; 2 элемент балочной клетки; 3 монолитный бетон перекрытия; 4 стержневой анкер; 5 сетка противоусадочного армирования; 6 соединение гофрированных профилей между собой; 7 гибкая арматура. Рисунок 1- Конструкция сталежелезобетонной плиты, армированная профилированным настилом

22 6.1 Расчет сталежелезобетонных плит с профилированным настилом Расчет плиты на стадии бетонирования Сбор нагрузок Расчетные характеристики профилей настила Расчет настила на прочность Расчет на устойчивость стенок гофров на опорах Расчет прогиба настила Расчет плиты на стадии эксплуатации Общие положения Расчет прочности плит по нормальным и нормальным сечениям Расчет прочности плит по нормальным и наклонным сечениям Проверка прочности сцепления настила с бетоном Ребра плиты на опорах Расчет плиты на образование и раскрытие трещин в растянутой зоне бетона

23 Расчет прочности плит по нормальным сечениям В зависимости от положения нейтральной оси в сечении плиты в пролете возможны три случая расчета на прочность. На примере случая 1 Случай 1. Нейтральная ось находится в пределах толщины полки плиты и не пересекает стенок профилированного настила Рисунок 2 Схема усилий в пролетном сечении плиты при расположении нейтральной оси в пределах толщины полки плиты Высоту сжатой зоны сечения плиты определяют из условия: R b b f x = γ c R y A n + R s A s R sc A s. При расчете прочности плиты должно выполняться условие: M R b b f x h 0 0.5x + R sc A s (h 0 a ) В зависимости от положения нейтральной оси в сечении плиты на опоре возможны два случая расчета на прочность.

24 6.2 Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок Рисунок 3- Варианты поперечных сечений композитных конструкций из железобетонных плит со стальными балками

25 6.2 Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок Расчет по прочности на действие изгибающих моментов Расчет по прочности на поперечную силу Потеря устойчивости плоской формы изгиба Расчет объединения железобетонной плиты со стальной конструкцией Расчет по предельным состояниям второй группы Проверка жесткости Расчет на выносливость

26 6.2.1 Расчет по прочности на действие изгибающих моментов а) плита перекрытия с вутами; б) плита перекрытия без вутов Рисунок 4 Усилия и напряжения в сталежелезобетонном поперечном сечении, воспринимающем положительный изгибающий момент

27 Учет жесткопластической теории а) плита перекрытия с вутами; б) плита перекрытия без вутов Рисунок 5 Усилия и напряжения в поперечном сечении композитной конструкции из железобетонной плиты и стальной балки, воспринимающем отрицательный изгибающий момент В случае, если для стальной части сечения используется жесткопластическая теория (рисунок 6.17), расчет по прочности нормальных сечений следует производить из условия: M γ s,i R s,i A s,i y s,i + γ c,i R y,i A st,i y st,i. Положение границы сжатой зоны поперечного сечения, определяется из условия R s,i A s,i + R y,i A st,i = 0.

28 7 Расчет сталежелезобетонных конструкций на внецентренное сжатие и растяжение 7.1 Железобетонные конструкции с жесткой арматурой Рисунок 6 Типовые поперечные сечения железобетонных конструкций с жесткой арматурой

29 7.1 Железобетонные конструкции с жесткой арматурой Общие положения Расчет по прочности на внецентренное сжатие Расчет на растяжение Расчет по предельным состояниям второй группы

30 7.1.2 Расчет по прочности на внецентренное сжатие Расчет по прочности нормальных сечений сжатых железобетонных элементов с жесткой арматурой следует производить из условия: N e R b S b σ st,i A st,i y st,i σ s,j A s,j y s,j. Положение границы сжатой зоны поперечного сечения, определяется из условия N = R b A b σ st,i A st,i σ s,j A s,j. Рисунок 7 — Схема усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого сталежелезобетонного элемента, при расчете его по прочности на примере случая прохождения границы сжатой зоны между полками двутавра

31 7.2 Трубобетонные конструкции 1 бетонное ядро; 2 труба; 3 продольная гибкая арматура а) с бетонным ядром, армированным продольной гибкой арматурой (с железобетонным ядром); б) с бетонным ядром, неармированным продольной гибкой арматурой (с бетонным ядром) Рисунок 8 Типы трубобетонных сечений

32 7.2 Трубобетонные конструкции Расчет сопротивления бетона и металла трубы Расчет по предельным состояниям первой группы Расчет по предельным состояниям второй группы

33 7.2.2 Расчет по предельным состояниям первой группы Расчет изгибаемых элементов Расчет по прочности нормальных сечений изгибаемых элементов выполняют из условия M M ult, M ult = 2 3 r b 3 R bp sin 2 α + 1 π A sr s sin α (R s + R sc ) + 1 π A pr t sin α (R y + R pc ), Рисунок 9 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого трубобетонного элемента, при его расчете по прочности Расчет внецентренно сжатых элементов N e 2 3 r b 3 R bp sin 2 α + 1 π A sr s sin α (R s + R sc ) + 1 π A pr p sin α (R y + R pc ).

34 8 Конструктивные требования 8.1 Перекрытий с профилированным настилом 8.2 Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок 8.3 Железобетонные конструкции с жесткой арматурой Общие положения Требования к размерам сечений элементов Защитный слой бетона Защитный слой бетона Расстояние между отдельными ветвями жесткой арматуры и отдельными стержнями гибкой арматуры Продольное армирование элементов Поперечное армирование элементов Анкеровка арматуры Стыки элементов 8.4 Трубобетонные конструкции

35 9 Расчет соединительных элементов сталежелезобетонных конструкций 9.1 Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок Распределение сдвигающих усилий по шву объединения железобетонной плиты и стальной конструкции в сложных случаях воздействий Расчеты по прочности объединения железобетона и стали гибкими упорами и анкерами 9.2 Железобетонные конструкции с жесткой арматурой Проектирование соединений элементов жесткой арматуры Проектирование соединений элементов жесткой арматуры Проектирование гибких упоров и анкеров

36 Приложения Приложение А Основные буквенные обозначения величин. Приложение Б Типоразмеры применяемых в мировой практике рифов на стенках гофров профилированного настила для армирования сталежелезобетонных плит Приложение В Экспериментальная оценка характеристик сцепления стального профилированного настила с бетоном плиты Приложение Г Определение геометрических характеристик приведенных сечений Приложение Д Узлы трубобетонных конструкций

Сталежелезобетон: высокотехнологичный способ сооружения ответственных конструкций

Вот как я это моделирую:

Стержневые элементы, подвешенные к плите на жестких вставках (плита имеет правильное опирание – только на главные балки и прогон – но, на самом деле, можно еще ввести шарниры с ограниченной жесткостью вдоль осей балок моделирующие подаливость гибких упоров, и тогда момент в стальных главных балках увеличится, что будет показано далее). Поперечная связь – составное сечение из 2-х уголков и листа.

По этой расчетной схеме нельзя (вернее, сложно) выполнить сниповские проверки, но можно сразу по известным формулам строймеха получить напряжения в поясах балок и прогона, а также всесторонне оценить НДС плиты. Самая лучшая модель для предварительных расчетов:
Второй вариант. Сечение главной балки выполняется в ЛИР-КС согласно правилу приведения бетона к стали: как видно на рисунке, «половинки» жб плиты уменьшены в ( E _s / E _b ) раз, т.е. как будто у главной балки сверху еще такой стальной пришлепок. Балки, плита и поперечные связи объединяются по центрам тяжести, прогон не учитывается. Такая модель позволяет получить усилия в приведенных согласно СНиП сечениях главных балок, соответственно, выполнить сниповские проверки, но расчет плиты и прогона уже не сделать, да и наглядность не та. Невозможно учесть проскальзывание жб плиты на гибких упорах по стальной балке:

Модель, собранная на абсолютно жестких стержнях с элементами конечной жесткости с предельными усилиями (КЭ255), моделирующими работу гибких упоров (на рисунке виден зазор между главными балками, прогоном и плитой). При сравнении с задачей, показанной на 1-м рисунке, в загружениях1+2+4 (Соб.вес+Покрытие+АК с тележкой посередине пролета) в наиболее нагруженном сечении главной балки (без учета жб плиты!) усилия в главной балке составят: N =2371 т M _y =2581,6 тм прогиб Δ z =-188,6 мм – линейный расчет; N =98,25 т M _y =5500,9 тм прогиб Δ z =-404 мм – нелинейный расчет с элементами 255 (огромные усилия – из-за сильно завышенного собственного веса плиты в обеих задачах, не исправлял, т. к. на наглядность не влияе). Таким образом, учет нелинейной работы гибких упоров в данной расчетной схеме значительно поменял распределение усилий в стальной балке и плите. Такая схема рекомендуется для детальных расчетов в особо сложных случаях, но если в линейных схемах усилия получаются больше, следует принимать их. ОДМ 218.4.003-2009, носящий рекомендательный характер, не учитывает податливость швов:

А вот самый первый приходящий в голову метод — всё пластинами — не люблю, т.к. очень громоздкая задача получается, моменты из неё не вынешь, а полученным напряжениям я не доверяю, все-таки они в центрах тяжести пластинок и для нормальной точности нужна очень мелкая разбивка.
По металлу и сталежелезобетону есть гениальный человек — Корнеев Михаил Михайлович (ОАО Мостобуд, Киев). Его книга «Стальные мосты» 2010 года, в 2-х томах, должна быть у каждого мостовика настольной. У меня нет 🙁 я её только читал урывками, но зато имею честь быть знакомым лично с М.М. За пару часов общения он заполнил много пробелов в моих знаниях о стальных мостах. Он, кстати, разработчик раздела «мосты» в ЭСПРИ (электронный справочник инженера, лировский продукт). Тоже очень хорошая вещь для сниповских расчетов таких мостов.

Стальные и сталежелезобетонные мосты

Виды стальных и сталежелезобетонных мостов

Наиболее характерными основными системами стальных и сталежелезобетонных пролетных строений, осуществленных в больших автодорожных и железнодорожных мостах, являются

• Балочные разрезные
• Балочные неразрезные
• Консольные
• Арочные
• Комбинированные
• Рамные
• Вантовые
• Висячие

Балочные разрезные пролетные строения

Стальные балочные разрезные пролетные строения балочно-разрезных систем являются типичными индустриальными строительными конструкциями из элементов полной заводской готовности. Пролетные строения длиной 33— 110 м балочно-разрезной системы относятся к наиболее массовым типовым конструкциям, применяемым в мостах под железную дорогу.

Балочное пролетное строение

Наиболее рациональны балочные болтосварные пролетные строения со сварными заводскими соединениями и монтажными соединениями на высокопрочных болтах, что обеспечивает экономию стали и уменьшение трудоемкости монтажа. В железнодорожных мостах с ездой поверху применяют, в основном, типовые сталежелезобетонные пролетные строения с балластным мостовым полотном.

Балочные неразрезные пролетные строения

Стальные пролетные строения балочно-неразрезных систем с решетчатыми фермами получили широкое применение в мостах под железную дорогу. В отечественном мостостроении разработаны и внедрены типовые неразрезные болтосварные пролетные строения с пролетами до 154 м.

Стальные пролетные строения с коробчатыми главными балками неразрезной системы получили большое распространение в мостах под автодорожную нагрузку. Пролет для мостов такого типа — 300 м достигнут при строительстве мостового перехода через бухту Гуанабара между городов и Рио-де-Жанейро и Ниттерой (Бразилия).

Ponte Rio–Niteroi bridge

Схема пролетного строения, перекрывающего судоходную часть бухты, 200 + 300 + 200 м. В поперечном сечении пролетное строение состоит из двух коробчатых балок со стенками переменной высоты и ортотропной плитой проезжей части. Пролетное строение собрано из шести крупных блоков длиной 262,176 и 262 м с подачей их на плаву.

В качестве плашкоута использовали блок среднего пролета длиной 176 м, устанавливаемый в последнюю очередь. К числу наиболее интересных сооружений этой системы, построенных в СССР, относятся мост через канал им. Москвы в Химках, мост через Обь в Новосибирске, эстакадная часть моста через р. Днепр в Киеве, мост через р. Томь в Томске, эстакада у Рижского вокзала в Москве.

Первым в практике мирового мостостроения цельносварным мостом с неразрезными сплошностенчатыми пролетными строениями является мост им. Е. О. Патона через р. Днепр в Киеве.

Консольные стальные мосты

Консольные стальные мосты с решетчатыми фермами ввиду своей огромной стоимости и неэстетичного вида не получили широкого распространения.

К наиболее крупным сооружениям этой системы относятся мосты через р. Св. Лаврентия в Квебеке (Канада) с пролетом 549 м, через Фортский залив в Шотландии с двумя пролетами по 521 м

Мостовой переход через гавань в Осака (Япония) с пролетом 510 м

Арочные стальные мосты

Арочные стальные мосты применяются относительно редко. Максимальный размер пролета составил 504 м на мосту через залив Кил-ван-Кул в Нью-Йорке (США) и 503 м на мосту в Сиднее (Австралия).

Рамные и комбинированные металлические мосты

В современных металлических автодорожных и городских мостах часто находят применение рамные и комбинированные системы пролетных строений, образованные путем объединения нескольких простых систем. Чаще всего комбинированные системы образуют, сочетая балки или фермы с аркой, дополнительным полигональным поясом, шпренгелем или отдельными дополнительными элементами.

Некоторые виды комбинированных систем имеют существенные технико-экономические преимущества, заключающиеся в меньшей затрате на них металла по сравнению с простыми балочными системами, или в обеспечении большей их жесткости. В большинстве случаев комбинированные системы имеют архитектурные преимущества и поэтому их применяют в городских мостах.

К наиболее интересным мостам рамных и комбинированных систем, построенными мостостроительными организациями, следует отнести

Мост через реку Смотрич в районе Каменец Подольского — stroyone.com

Арочный мост через реку Арпа — stroyone

Большая крутильная жесткость коробчатых главных балок позволила эффективно использовать их для криволинейных в плане мостов и разработать, и внедрить совершенно новую необычную форму пролетных строений С только одной несущей балкой коробчатого сечения по оси проезда (например, эстакада через шлюзы Днепрогэса в Запорожье).

Вантовые металлические мосты

Вантовые системы являются новыми прогрессивными конструкциям и металлических пролетных строений, позволяющими наиболее экономично перекрывать пролеты 600 м и более. Размер пролета, составил 300 м при однопилонной схеме на мосту через р. Днепр в Киеве. Пролет 404 м перекрыт двухпилонной вантовой схемой на мостовом переходе через устье р. Луары в Сен-Назере (Франция).

Висячие мосты

В мостах висячей системы применяются рекордно большие пролеты. Например, пролет 1298 м имеет мост через залив Верразано-Нерроуз (США). Строительство висячих мостов больших пролетов является особенностью американского мостостроения.

Это объясняется специфичностью географического расположения многих крупнейших американских городов, которые возникли либо в устьях глубоководных рек, впадающих в океан, либо на берегу океанских заливов.

Большая глубина рек, интенсивное судоходство крупногабаритных океанских судов, тяжелые грунтовые условия делали висячие мосты с уникальными по своей длине пролетами наиболее целесообразными и экономически оправданными.

К числу крупнейших висячих мостов относятся

• Мост Золотые Ворота в Сан-Франциско (США) с пролетом 1281 м (фото ниже)
• Мост им. Вашингтона через р. Гудзон в Нью-Йорке (США) с пролетом 1068 м
• Мост через Фортский залив в Великобритании с пролетом 1006 м
• Мост через р. Тахо в Лиссабоне (Португалия) с пролетом 1013 м
• Мост через пролив Босфор (Турция) с пролетом 1075 м, через Хамбер (Англия) с пролетом 1410 м.

Мост золотые ворота (Golden Gate Bridge San Francisco California)

Мост им. Вашингтона через р. Гудзон в Нью-Йорке

Мост через Фортский залив в Великобритании

Мост через р. Тахо в Лиссабоне

Мост через пролив Босфор (Турция)

Общепринятая система висячего моста представляет собой непрерывный гибкий кабель, проходящий по стальным пилонам и закрепленный в анкерах, заложенных на берегах. К кабелю на вертикальных подвесках подвешена балка жесткости, на которую в одном или двух ярусах опирается проезжая часть. Балка жесткости делается разрезной или неразрезной, чаще всего применяется трехпролетная схема, хотя построены и многопролетные мосты.

Пролетные строения со сплошностенчатыми главными балками

В сварном мостостроении нашли распространение пролетные строения со сплошностенчатыми главными балками. Этому способствовали следующие их особенности:

• сплошные главные фермы наиболее приспособлены к технологии заводской сварки, при этом эффективно используется автоматическое оборудование, так как швы ферм удобно расположены, непрерывные, прямолинейные и большой протяженности;
• существенно сокращается количество монтажных элементов и стыков, что имеет важнейшее значение для цельносварных мостовых конструкций;
• монтажные элементы сплошных одностенчатых главных балок наиболее удобны для транспортирования;
• пролетные строения наиболее соответствуют современным пространственно работающим системам и позволяют эффективно использовать материал конструкций с соблюдением принципов концентрации металла, совмещения функций и использования материалов с повышенными механическими характеристиками;
• мосты в наибольшей степени отвечают требованиям эстетики и позволяют легко вписать сооружение вокружающий ансамбль.

Сталежелезобетонные пролетные строения

Наиболее распространенным типом стальных мостов со сплошно стенчатыми балками являются сталежелезобетонные пролетные строения с пролетами в неразрезных системах до 84 м.

В последние годы запроектированы унифицированные типовые проекты сварных сталежелезобетонных пролетных строений с монтажными стыками на сварке и на высокопрочных болтах разрезные и неразрезные.

Для использования несущей способности железобетона проезжей части предусматривается обжатие растянутых опорных участков неразрезных строений пучками предварительно напряженной арматуры, либо домкратами, либо заданием на монтаже предварительного напряжения выгибом стальных главных балок.

Сталежелезобетонные объединенные балки нашли применение также и в комбинированных системах, как их составные элементы:

• комбинированные пролетные строения типа балок с подпружными арками;
• комбинированные вантовые системы с воспринятым распором, создающим обжатие железобетонной проезжей части и т. п.

Стальная ортотропная плита проезжей части автодорожных мостов

В последнее время все более широкое распространение находит сравнительно новая конструкция для отечественного стального мостостроения — стальная ортотропная плита проезжей части автодорожных мостов.

Главное достоинство этой конструкции — небольшой собственный вес и участие ее в работе пролетного строения в качестве верхнего пояса главных балок. По сравнению с железобетонной проезжей частью стальная ортотропная плита эффективно работает на любом участке пролетного строения как в зоне положительных, так и отрицательных изгибающих моментов главных балок.

Заводская готовность пролетных строений во много раз повышается, что позволяет резко сократить сроки строительства, ликвидировать сезонность монтажных работ. Меньшая масса (почти в два раза) стальных пролетных строений дает им важное технологическое качество — возможность выполнения главных балок неразрезных пролетных строений постоянной, удобной для транспортирования высоты (безгоризонтального членения) для большинства пролетов.

Применение стальной ортотропной плиты позволило создать новые высокоэффективные формы пролетных строений с коробчатыми главными балками, нашедшими широкое применение в балочных разрезных и неразрезных системах, в составе комбинированных конструкций, рамных, вантовых, висячих и др.

Повышенная и высокопрочная сталь

Новым в сварном мостостроении является применение сталей повышенной и высокой прочности. Стали с высокими прочностными характеристиками открывают большие возможности в области увеличения пролетов балочных мостов и совершенствования конструктивных форм.

В течение последнего десятилетия высокопрочные стали широко применяются за рубежом, что позволило построить высокоэкономичные сооружения с рекордной величиной пролета.

Высокопрочные стали были применены при проектировании и строительстве большого городского моста в Каменец-Подольском. Для пролетных строений моста высокопрочная сталь была использована в комбинации со сталью обычных марок по принципу бистальных конструкций:

• для нижних поясов главных балок — высокопрочная сталь
• для остальных элементов — сталь с низкими прочностными характеристиками.

При этом допускались пластические деформации вертикальных стенок на участке сопряжения с высокопрочными сталями.

Сталь повышенной прочности была успешно внедрена на мосту через старое русло р. Днепра в Запорожье, на пролетных строениях пойменной части Московского моста через р. Днепр в Киеве, мостах через канал им. Москвы в Химках, р. Томь в Томске.

Монтажа стальных и сталежелезобетонных пролетных строений

Основные методы монтажа стальных и сталежелезобетонных пролетных строений следующие:

• установка на опоры готовых пролетных строений кранами;
• сборка на подмостях в монтируемом пролете;
• полунавесная сборка;
• навесная сборка;
• перевозка пролетных строений на плавучих средствах;
• надвижка пролетных строений.

Одной из тенденций современного мостостроения является крупноблочный монтаж: сборка пролетных строений из заранее укрупненных элементов. При использовании плавучих средств масса укрупненных блоков достигает 4— 5 тыс. т. Метод крупноблочного монтажа был успешно применен при сооружении железнодорожного моста через р. Дон в Ростове и городского моста через старое русло р. Днепра в Запорожье.