asyan.org
добавить свой файл
1
ЕФЕКТИВНІСТЬ ВИКОРИСТАННЯ БАЗАЛЬТОВОЇ АРМАТУРИ ДЛЯ ПЛИТ ПРОЇЗНОЇ ЧАСТИНИ АВТОДОРОЖНІХ МОСТІВ
Т.І. Коваль

Національний транспортний університет

01010, Україна, м. Київ, вул. Суворова, 1

E-mail: kmp.vtdsp@meta.ua
В сучасних транспортних спорудах ускладнюється проектування конструкцій тому що збільшуються тимчасові навантаження на мости, зростає агресивність зовнішнього середовища, ростуть довжини прогонів і висоти опор, зростають вимоги до надійності та довговічності конструкцій мостів Залізобетон, один із найпоширеніших будівельних матеріалів, зокрема і в галузі транспортного будівництва, має багато переваг при застосуванні в конструкціях транспортних споруд як в процесі будівництва, так і під час експлуатації, але час він має недоліки, які суттєво погіршують його якості.

Актуальним завданням сучасного мостобудування є підвищення довговічності прогонових будов мостів, тому що нові норми з проектування мостів вимагають забезпечення проектного строку служби залізобетонних монолітних прогонових будов у 100 років, збірно-монолітних – у 80 років. Довговічність прогонових будов суттєво залежить від конструкції плит проїзної частини мостів.

Саме плити проїзної частини мостів сприймають безпосередню дію тимчасових навантажень, а також дію зовнішніх навантажень: води з хімічно агресивними домішками, перепади температури та ін. Тому, як показують результати обстежень мостів тривалої експлуатації, залізобетонні плити проїзної частини мостів мають багато дефектів: замокання і вилуговування бетону, корозію арматури і бетону, руйнування фрагментів плит і т. і.

Одним із можливих напрямків вдосконалення плит проїзної частини мостів є використання для її армування неметалевої арматури, основною перевагою якої є висока корозійна стійкість в порівняні зі сталевою. Найбільш перспективним видається використання базальтової арматури. В Україні є значні поклади базальту, кілька заводів випускають базальтову арматуру. Її міцність на розтяг у кілька разів більша від міцності сталевої арматури, вона легша від металевої, не кородує в агресивному середовищі, в неї відсутній ризик електрокорозії від «блукаючих» струмів.

В результаті комплексу цілеспрямованих експериментально-теоретичних досліджень механічних характеристик базальтової арматури, зчеплення її з бетоном, міцності, жорсткості та тріщиностійкості базальтобетонних конструкцій, виконаних під керівництвом професора Ю.А. Клімова, в Україні розроблено проект ДСТУ-Н «Настанова з проектування та виготовлення бетонних конструкцій з неметалевою композитною арматурою на основі базальтового і скло ровінга».

З метою оцінки ефективності використання базальтової арматури були виконані розрахунки і законструйовано два типи плити проїзної частини мосту з однаковими геометричними параметрами: армована металевою арматурою без попереднього напруження класу А-ІІІ та армована неметалевою композитною базальтовою арматурою. У поперечному перерізі прогонової будови моста 8 бездіафрагмових таврових балок індивідуального проектування з кроком 1,70 м та висотою 1,2 м. Прогонова будова виконана з бетону В-40. Габарит мосту Г 11,5+2х1,5 м. Конструкція проїзної частини прийнята наступна: асфальтобетон – 8 см; захисний шар – 4 см; гідроізоляція – 0,5 см; монолітна плита – 23 см. В програмному комплексі MathCAD 14 було створено єдиний алгоритм, за яким розраховувалися обидва типи плит проїзної частини мосту з використанням діючих норм з проектування мостів та проекту ДСТУ-Н

Були виконані такі розрахунки двох типів плит:

- розрахунок міцності за нормальним перерізом до поздовжньої осі елемента, підбір поздовжньої робочої та конструктивної арматури;

- конструювання та розміщення робочих та конструктивних арматурних елементів в плиті шириною 1 м.

- розрахунок міцності за похилим перерізом до поздовжньої осі елемента;

- перевірка несучої здатності елемента за І групою граничних станів;

- розрахунок за ІІ групою граничних станів елемента на тріщиностійкість та тріщиноутворння;

- розрахунок на ІІ групою граничних станів елемента на витривалість;

При проектуванні плити з базальтовою арматурою було прийняте рішення зменшити захисний шар для верхньої арматури (за вимогами діючих норм на проектування мостів захисний шар повинен бути не менше 5 см) з 5 см до 2 см, враховуючи, що базальтова арматура не кородує, а вимога збільшення товщини захисного шару у нормах обумовлена ризиком корозії сталевої арматури в агресивному середовищі. Це дало можливість збільшити плече внутрішньої пари сил, збільшивши несучу спроможність перерізу плити проїзної частини.

Для розрахунку плити проїзної частини мосту із базальтовою арматурою за І групою граничних станів на міцність за згинальним моментом був використаний табличний метод і коефіцієнти α, ξ, η, ξy були підібрані як для металевої арматури, спираючись на результати експериментів.

Коефіцієнт зчеплення арматури з бетоном β для базальтової арматури був прийнятий таким самим, як і для металевої арматури (β=1), оскільки результати експериментів показали, що під час навантаження дослідних балок, армованих базальтовою арматурою, зсуву вільного кінця стержня не відбулося. Це дозволяє припустити, що базальтова арматура має такий самий коефіцієнт зчеплення з бетоном, як і металева.

На сьогоднішній день в Україні немає рекомендацій з розрахунків плит проїзної частини мостів на тріщиностійкість та тріщиноутворення. Тому в розрахунку плити із базальтовою арматурою знаходження коефіцієнту розкриття тріщин Ψ було аналогічним до розрахунку плити із металевою арматурою. Гранична ширина розкриття тріщин прийнята за проектом ДСТУ - Н.

Оскільки відсутні рекомендації щодо розрахунку за ІІ групою граничних станів на витривалість елементів із базальтовою арматурою, то ці розрахунки плити із базальтовою арматурою були проведені спираючись на припущення, що елемент із неметалевою базальтовою арматурою працює так само, як з металевою. Складність полягала в тому, що, на відміну від металевої арматури, базальтова має різні показники опорів на розтяг і на стиск, але заздалегідь закладені невеликі запаси міцності дозволили напруженням в арматурі (як верхній, так і нижній) не перевищувати розрахункових значень опору на розтяг і опору на стиск неметалевої композитної базальтової арматури.

В результаті запроектовано таке армування робочою арматурою 1 м. п. плит проїзної частини мосту як:

  • Сталева арматура: верхня сітка 5Ø14 А-ІІІ крок 200 мм;

нижня сітка 5Ø14 А-ІІІ крок 200 мм;

  • Базальтова арматура: верхня сітка 5Ø10 крок 200 мм;

нижня сітка 5Ø10 крок 200 мм;

Вартість робочої сталевої арматури на 1 м. п. становить 87,20 грн, базальтової – 83,50 грн. Це показує, що заміна сталевої робочої на базальтову при армуванні плити проїзної частини моста дасть економію у вартості арматури 4,3%, при цьому збільшується довговічність прогонової будови за рахунок використання корозійно стійкої неметалевої арматури.

Висновки. Встановлена економічна доцільність використання базальтової арматури для армування бетонних плит проїзної частини мостів. використання неметалевої базальтової арматури з базальтового ровінга дозволить підвищити довговічність плит проїзної частини мостів, які працюють в умовах впливу хімічно агресивного середовища. Необхідно провести експериментальні дослідження для уточнення тріщиностійкості базальтобетонних плит та розрахунку їх на витривалість.