Малопролетные арочные конструкции на основе сталефибробетона

В автодорожном строительстве для пересечения малых и средних водотоков проектируются и возводятся одноочковые, многоочковые трубы и малопролетные балочные мосты. При строительстве балочных мостов под опирание пролетных строений устраиваются достаточно массивные сборно-монолитные или монолитные береговые опоры, при этом возникает необходимость возведения насыпей подходов, конуса которых в значительной степени перекрывают отверстие моста, что требует увеличения размеров пролетного строения (рисунок 1а). Помимо этого, в балочных мостах подвижная динамическая нагрузка, соизмеримая с нагрузкой от собственного веса конструкций моста, воздействует непосредственно на пролетное строение, что является одной из причин преждевременного износа конструкций моста (покрытие проезжей части, балки пролетного строения, деформационные швы, опорные части и др.). Как правило, малые мосты не обеспечивают нормативного срока службы. Ситуация усугубляется введением в действие с 01.01.2008 повышенных нагрузок от автомобильных средств А14, НК-100 (ГОСТ Р 52 748−2007). В определенной мере решением данной проблемы является устройство засыпных водопропускных сооружений, т. е. сооружений, конструкции которых находятся в составе насыпи дорог. В этом случае уменьшается, а при значительных высотах насыпи исключается негативное динамическое воздействие от временных подвижных нагрузок. К таким сооружениям относятся, в частности водопропускные трубы. Возникают случаи, что типовые трубы не способны обеспечить свободный пропуск расчетного расхода водотока, поэтому часто проектируют многоочковые трубы (рисунок 16). Определенным недостатком многоочковых водопропускных труб является сужение поперечного сечения вертикальными стенками, затрудняющими свободный пропуск воды в условиях ледохода, карчехода. а).

Насыпь.

1 = 12.0б).

В).

Рисунок 1 — Схемы малых искусственных водопропускных сооружений: а) однопролетный балочный мостб) трехочковая водопропускная трубав) арочный засыпной мост.

Перспективным направлением в строительстве малопролетных водопропускных сооружений являются арочные засыпные мосты пролетом 4−6 м (рисунок 1в), позволяющие заменить водопропускные трубы и.

Насыпь.

3U 4.

И II I U.

В=и, 0~Ь, 0 м.

Насыпь.

Арочное пролетное строение малопролетные балочные мосты и обладающие совокупностью достоинств этих сооружений и исключающие их недостатки, а именно:

— обеспечение равномерного распределения временных нагрузок от автотранспорта в теле насыпи дороги, что значительно снижает динамические воздействия, которые являются одной из причин ускоренного выхода из строя балочных пролетных строений;

— сохранение отверстия моста;

— исключение образования наледи;

— увеличение срока службы, со снижением расходов на стадии строительства и эксплуатации.

Засыпные арочные мосты предназначены для пропуска под насыпью автомобильных дорог небольших постоянно или периодически действующих водотоков. Наличие засыпного арочного моста в насыпи дороги не нарушает непрерывности земляного полотна, а расходы на ее содержание меньше, чем на содержание малого моста обычного типа, кроме того, засыпные арочные мосты допускается располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги (на кривых в плане, при наличии вертикальных кривых как выпуклых, так и вогнутых и т. д.). Засыпные арочные мосты строятся полностью сборными, из железобетонных и бетонных элементов небольшой массы, что позволяет пользоваться кранами малой грузоподъемности, без использования специального грузоподъемного и транспортного оборудования.

Опыт эксплуатации арочных мостов показывает, что срок службы большинства из них намного, а иногда и в несколько раз выше нормативного. Примерами могут служить прекрасные памятники архитектуры — Никольский каменный арочный железнодорожный мост (станция Миньяр, г. Аша, Челябинская область), построенный в 1930 г. (рисунок 2) и пешеходный мост Святого Ангела (ит. Ponte Sant’Angelo) через Тибр (Рим, Италия) был сооружен в 134−139 гг. (рисунок 3) римским императором Адрианом (длина моста 106 м., ширина — 20 м).

Рисунок 2 • Никольский каменный арочный железнодорожный мост (г. Аша, Челябинская область), дата постройки 1930 г.

Рисунок 3 — Мост Святого Ангела через Тибр (Рим, Италия), дата постройки 134 -139 гг.

Конструкции элементов арочных мостов, работающие в контакте с водой при её переменном уровне, подвергаются жестким сезонным климатическим воздействиям, а также динамическим нагрузкам как во время транспортировки и укладки в насыпь дорожного полотна, так и при эксплуатации. Поэтому к материалу конструкции помимо прочности и деформативности, предъявляются повышенные требования атмосферной стойкости, морозостойкости, коррозионной стойкости.

Повышения надежности и долговечности конструкций арочных засыпных мостов можно достичь использованием сталефибробетона, обладающего высокой усталостной выносливостью и ударостойкостью, высокой трещиностойкостью, морозостойкостью, водонепроницаемостью по сравнению со стандартным бетоном как составляющей железобетона.

Возможности организации производства сталефибробетонных изделий и конструкций в Республике Башкортостан могут быть реализованы в связи с тем, что на Южном Урале и в г. Уфе работает несколько производств стальной фибры — НПК «Волвек» (г. Челябинск), ЗАО «Курганстальмост» (г. Курган), НПП «Инвертор» (г. Уфа), ООО «ММК-МЕТИЗ», НПО «Магнитогорск Фибра-строй» (г. Магнитогорск).

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

Выводы по 3 главе.

1. Исследования показали, что для двухшарнирной арки пролетом 4 м и трехшарнирной арки пролетом 6 м в условиях переменного положения временной нагрузки в пределах пролета параболическое очертание не имеет значимых преимуществ перед круговым очертанием.

2. Исследованы возможности регулирования очертания двухи трехшарнирных арок и оптимизации их относительной стрелы подъема в целях минимизации эксцентриситета продольной сжимающей силы.

3. Обоснованы оптимальные варианты арок засыпных автодорожных мостов с учетом переменного положения временной нагрузки в пределах пролета по рациональному очертанию и стреле подъема.

4. Обосновано влияние обжатия продольной сжимающей силы в арочных конструкциях, позволяющей разгрузить растянутую зону сечений конструкций от действия изгибающего момента и за счет этого механизма реализовать сталефибробетон как самостоятельный конструкционный материал в конструкциях малопролетных засыпных арочных мостов.

5. С использованием ПК «Plaxis 8.2» исследовано силовое состояние двухшарнирных и трехшарнирных арок оптимального очертания пролетом 4 и 6 м засыпных мостов на стадии монтажа и эксплуатации под автомобильные нагрузки All, НК-80 и введенные с 2008 г — А14, НК-100, соответствующие новому ГОСТ Р 52 748−2007. Выполненные исследования указывают на возможность проектирования малопролетных арочных мостов с рациональным очертанием свода и подтверждают возможность изготовления звеньев двухшарнирных арок пролетом 4 м и трехшарнирных: арок пролетом 6 м из бетона классов прочности на сжатие В30-В40 с армированием стальной фиброй в количестве }ifv = 0,015 — 0,020 при высотах засыпки h—2 — 6 м и жестком (скальном) грунтовом основании или с использованием фундаментов в виде свайного ростверка.

Для грунтового основания из пылевато-глинистых грунтов при высотах засыпки h = 3 — 6 м возможно применение сталефибробетона, а при малых высотах засыпки рекомендуется применять арки в комбинированном или двойном стержневом армировании.

6. Сформулированы принципы оценки работоспособности внецентренно сжатого сталефибробетонного сечения при расположении продольной сжимающей силы N в пределах сечения (е0<0,5h) и за его пределами е0 > 0,5h на основе которых разработаны принципы армирования арочных конструкций засыпных автодорожных мостов пролетом 4−6 м в зависимости от высоты насыпи и грунтовых условий для бетона-матрицы классов по прочности на сжатие В30-В50.

В условиях слабых грунтов (типа мягкопластичного суглинка) обеспечить конструктивные решения арок пролетом 4 — 6 м в сталефибробетоне при исключении стержневого армирования для расширенного диапазона высот засыпки можно за счет:

— применения бетонов высоких классов прочности В40-В60;

— устройства жесткого фундамента типа свайного ростверка;

— устройства затяжки в уровне опор (стальной из стержневой арматуры в бетонной рубашке, железобетонного днища-затяжки);

— оптимизацией соотношения стрелы подъема f к пролету 1.

7. Проведенные исследования указывают на необходимость устройства межблочной цементно-песчаной (бетонной) шпонки с размером не менее 1/3 высоты сечения по всему периметру соединяемых элементов на стадии монтажа отдельных звеньев малопролетных арочных мостов для обеспечения благоприятного снижения растягивающих напряжений и обеспечения совместной работы двухметровых блоков арочных конструкций при этом часть напряжений перераспределяется на смежные звенья блоков арок.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ АРОК.

4.1 Испытания опытных конструкций сталефибробетонных ар><�ж пролетом 4 и 6 м на силовом стенде БашНИИстроя.

Разработанные конструкции арок прошли экспериментальную проверку в лабораторных и натурных условиях.

Конструкции арок, изготовленные на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтод, ор"5 были испытаны (рисунок 44 а, б) на стенде ГУП «БашНИИстрой» (г. У~фа). Результаты испытаний подтвердили расчетные уровни несущей способности конструкций (по актам испытаний коэффициенты безопасности С согласно ГОСТ 8829–94 [24] составили 1,63- 1,65- 1,68 — для сталефибробетонных двухшарнирных арок и 1,47- 1,50- 1,54 — для трехшарнирных, с комбинированным армированием) и позволили реализовать сталефибробетонные и в смешанном армировании арки пролетом 4 и 6 м при толщине стенки 25 см под высоту насыпи до 6 м в дорожном строительстве Республики БашкортостанПо результатам испытаний составлены акты испытаний сталефибробетонных арок. (Приложение 2).

Осмотр отобранных образцов показал, что в плоскости разрушенных сечений арок (рисунок 44 в, г) видна работа армирующих волокон (стальных фибр): после образования трещин в растянутой зоне ключевого сечения усилие, воспринимаемое бетоном-матрицей, передаётся на стальные волокнапри дальнейшем увеличении нагрузки происходит разрушение сталефибробетонного сечения, при этом большая часть волокон разрывается, чем подтверждается высокая прочность сцепления волокон с матрицей за счет анкеров-зацепов, а остальная часть волокон выдергивается.

Характер поверхности подтверждает реализацию разрушения по 1-му механизму — преимущественно разрывом фибр и их частичным выдергиванием, что согласуется с ожидаемым механизмом разрушения при сочетании стальной фибры типа 1 с загибами на концах (ТУ 1276−002- 51 484 465−2002, ООО НПК «Волвек», г. Челябинск) — для случая двухшарнирной арки пролетом 4 м (рисунок 44 в) и с волновым рифлением и завитостью по всей поверхности волокна (ТУ 0991−123−53 832 025;2001, НПО «Магнитогорск Фибра-строй», г. Магнитогорск) — для случая трехшарнирной арки пролетом 6 м и с бетоном класса ВЗО (рисунок 44 г), а) б).

Рисунок 44 — Испытания арок на стенде БашНИИстроя: а) двухшарнирной арки пролетом 4 мб) трехшарнирной арки пролетом 6 мв) фрагмент разрушенного сечения двухшарнирной арки, армированного стальными волокнамиг) фрагмент разрушенного сечения трехшарнирной арки, армированного стальными волокнами.

По завершению строительства сталефибробетонных арочных засыпных мостов пролетом 4, 6 м в различных районах Республики Башкортостан были проведены приемочные испытания. В Бакалинском и Уфимском районах при экспериментальном загружении двухшарнирной арки пролетом 4 м в качестве подвижной нагрузки использовались автомобили КамАЗ груженые песком (полный вес каждого автомобиля 21 т) и строительной техникой. Для получения наибольших прогибов машины ставились на один арочный пролет, бортами параллельно друг другу. После выдержки, составлявшей 2 ч, осматривалась внутренняя поверхность конструкции, а именно наличие трещин в коньковом сечении и в четвертях пролета арки. Результат осмотраполное отсутствие микротрещин по внутренней поверхности арок.

Кроме того, через арочный засыпной сталефибробетонной мост пролетом 4 м в Уфимском районе проходил маршрут доставки сверхтяжелого груза — 156-тонного трансформатора. Трансформатор был погружен на трейлер (длина автопоезда с тягачом превышала 16 м), а общий вес составил 190 тонн (данные Республиканской общественной-политической газеты «Республика Башкортостан», № 64, 2008). Осмотр сооружения после проведенной операции не выявил каких-либо просадок или деформаций конструктивных элементов.

Рисунок 45 — Доставка трансформатора массой 156 т по участку трассы, где устроен арочный засыпной стапефибробеонный мост пролетом 4 м.

5 ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СТАЛ ЕФИБРОБЕТО ИНЫХ АРОК ПРОЛЕТОМ 4 И 6 МЕТРОВ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗАСЫПНЫХ МОСТОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН (ТУП «БАШКИРАВТОДОР»).

Производство элементов арок кругового очертания из сталефибробетона на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» осуществляется с использованием вертикальной опалубки со съемным полукруглым сердечником (рисунок 46, 47). Стадии технологического процесса включают подготовку опалубки, подачу фибробетонной смеси с послойным виброуплотнением, выдерживание в опалубке от 2,5 до 4 ч, съём внутреннего сердечника, пропаривание изделия во внешней опалубке в течение 8 ч, выдерживание с полным распалубливанием. Необходимая подвижность водоредуцированных бетонных смесей регулируется введением органоминеральных модификаторов серии «Полипласт» ПФМ-НЛК, Полипласт-МБ и органического модификатора Remicrete-SP60 на поликарбоксилатной основе, обеспечивающих ускоренный набор распалубочной прочности, высокие эксплуатационные характеристики по водонепроницаемости, морозостойкости и по качеству поверхности при низкой технологической осадке выдержанного изделия после выемки внутреннего сердечника опалубки. Выпуск изделий осуществлялся на составах с использованием песчано-гравийной смеси, обогащенной щебнем фракции 5−10 мм, на бездобавочном портландцементе ПЦ500-Д0 производства ОАО «Сода» (г. Стерлитамак) с использованием опалубочной смазки Blancol.

Проведенные испытания прочностных и эксплуатационных свойств изделий из модифицированных бетонов определили оптимальное и рациональное использование модификаторов.

Применение органоминерального модификатора Полипласт-МБ в количестве 1−1,5% от массы цемента эффективнее применения ПФМ-НЛК по сокращению расхода цемента (до 10%) для равнопрочных бетонов и дает ускорение и прирост прочности в суточном возрасте после пропаривания до 15−20% при равной марке по водонепроницаемости W10-W12. Дополнительным преимуществом применения модификатора Полипласт-МБ явилась возможность его введения в сухом виде через систему специально предусмотренных дозаторов на БСУ. а) б) в).

Рисунок 46 — Производство элементов арок кругового очертания из сталефибробетона на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор»: а) бетоносмесительный узел в комплекте с весовом дозатором стальной фибрыб) опалубка для изготовления двухметровых звеньев двухшарнирных арок пролетом 4 мв) опалубка для изготовления двухметровых звеньев трехшарнирных арок пролетом 6 м.

Рисунок 47 — Устройство шарнирных сопряжений: а) в коньковом узле трехшарнирной аркиб) опорный шарнир в фундаменте конструкции.

Применение модификатора Remicrete-SP60 в дозировке 0,5% от змассы цемента для равнопрочных бетонов эффективнее по показателю экономии цемента, по сравнению с ПФМ-НЛК (до 15%). При этом обеспечивается более качественная поверхность изделий (категория бетонной поверхности конструкции улучшается с А6 до А4 по ГОСТ 13 015.0 — 2003), достигается ускорение набора прочности до 20% в сравнении с Полипласт-МБ. К недостаткам следует отнести короткий период сохранения высокой подвижности, достаточно высокая стоимость добавки, которая компенсируется достигаемой экономией цемента. Для снижения технологической осадки изделия в процессе снятия внутренней опалубки до пропаривания наиболее эффективны модификаторы Полипласт-МБ и Remicrete-SP60.

Одним из дополнительных структурно-технологических приемов улучшения адгезионных свойств в связке «цементная матрица-фибра», а как следствие, повышения прочности, является создание и использование эффекта преднапряжеиия твердеющей цементной матрицы за счет теплового расширения фибры до окончания схватывания цементной матрицы. Проведенные авторами исследования и расчеты показали, что эффект преднапряжения в используемом технологическом интервале температур от 40 °C до 80 °C при твердении позволяет увеличить прочность на растяжение при изгибе на 1,2 — 1,8 МПа, что повышает трещиностойкость изделий и эксплуатационную надежность.

При производстве сталефибробетонных смесей на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» используется технологическое оборудование, применяемое в производстве традиционного железобетона в сочетании с установкой в комплекте с бетоносмесительным узлом весового дозатора стальной фибры (вибростола), обеспечивающего равномерность подачи и распределения фибры в объеме бетона (рисунок 46 а). Такой прием был использован на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» (г. Уфа, Республика Башкортостан) без перестройки действующего производства, где освоено изготовление звеньев двухшарнирных арочных мостов пролетом 4 метра с полной заменой стержневого на сталефиброармирование и трехшарнирныхпролетом 6 метров с комбинированным армированием (рисунок 48).

Рисунок 48 — Сталефибробетоные конструкции, изготавливаемые на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» (г. Уфа): а) звено двухшарнирной арки пролетом 4 м длиной 2 мб) звено трехшарнирной арки пролетом 6 м длиной 2 м.

Арочные конструкции малопролетных засыпных мостов использованы на объектах дорожного строительства Республики Башкортостан (рисунок 49). Осмотр этих сооружений после 1−1,5 года эксплуатации подтвердил хорошее эксплуатационное состояние конструкций (рисунок 50). а) б).

Рисунок 49 — Возведенные малопролетные засыпные мосты в Республике Башкортостан: а) арочный мост пролетом 6 м (г. Янаул, лето 2007) — б) двухпролетный арочный мост пролетом 2×4,0 м (г. Бирск, лето 2007).

Рисунок 50 — Возведенные малопролетные засыпные мосты в Республике Башкортостан: а) арочный мост пролетом 6 м {г. Янаул, декабрь 2008) — б) двухпролетный арочный мост пролетом 2×4,0 м (г. Бирск, декабрь 2008).

Следует отметить, что мосты приведенные на рисунках 49−50 находились в сложных инженерно-геологических условиях (подстилающим слоем для основания арочных мостов являлись текучие суглинки). Поэтому для опирания трехшарнирных арок пролетом 6 м был устроен железобетонный ростверк на свайном основании, а для восприятия распора установлены затяжки в районе фундаментных блоков. В случае двухочковой конструкции арочного моста, звенья арок опирались на сборные железобетонные плиты. Для обеспечения необходимой жесткости конструкции были предусмотрены ряд мероприятий по установке затяжек и боковых упоров.

Акты освидетельствования состояния засыпных арочных мостов пролетом 4 и 6 м на автодорогах Республики Башкортостан, возведенных в 2005;2007 гг, конструктивные схемы и технология строительства приведены в приложении 3.

Сданные в 2006 — 07 гг сталефибробетонные двухшарнирные арочные мосты пролетом 4 м на автодорогах I и II категории в Бирском, Бакалинском районах и трехшарнирный арочный мост с комбинированным армированием пролетом 6 м в Янаульском районе, стали первыми арочными мостами в Республике Башкортостан, своды которых собраны из сталефибробетонных элементов.

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АРОЧНЫХ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СТАЛЕФИБРОБЕТОНЕ.

Важными в настоящее время являются вопросы экономии энергии, необходимой для производства различных строительных материалов [74, 75]. Армирование бетонов приводит к соответствующему повышению энергоемкости материала. Так как применение армированных сталью бетонов осуществляется в широких масштабах, становится существенной проблема максимального сокращения расхода металла и наиболее рационального его использования в бетоне.

Во многих случаях армирование бетонов стальной арматурой осуществляется только исходя из действующих на конструкцию усилий во время транспортирования или монтажа. При этом толщина конструктивных элементов устанавливается, как правило, не менее 60 — 80 мм (поскольку необходимо предусматривать достаточную толщину бетонного защитного слоя для предохранения арматуры от коррозии). Вполне очевидно, что указанная толщина элементов с точки зрения прочности может оказаться неоправданной. Это приводит к неизбежному перерасходу конструкционных материалов, в том числе арматуры, которая при эксплуатации конструкций практически не выполняет своего прямого назначения. Кроме того, значительное количество стали в железобетонных конструкциях расходуется на монтажную, поперечную и распределительную арматуру. Коэффициент использования арматуры колеблется от 1,3 до 4,5. Как видно, имеются потенциальные возможности снижения расхода арматуры в конструкциях. Поэтому дальнейшее совершенствование бетонных материалов должно предусматривать не только улучшение их механических характеристик, но и изыскание, путей наиболее рационального использования металлической арматуры, а также создание новых эффективных армирующих материалов.

При изготовлении арочных конструкций приходится применять двойное радиальное армирование с достаточно частым шагом, в силу того, что эпюра изгибающих моментов по сечению конструкции от веса вышележащей насыпи имеет знакопеременный характер. При армировании используется арматура диаметром 8−12 мм. Применение рабочей арматуры большего диаметра нерационально из-за сложности изготовления радиальных каркасов и увеличение толщины защитного слоя бетона, но даже при использовании арматуры малого диаметра и дорогостоящих мелкозернистых фракционированных щебеночно-гравийных смесей защитный слой бетона составляет 25−30 мм, что при малой толщине стенки конструкции «съедает» не менее 15−30% ее несущей способности. Вследствие этого общий процент армирования и, соответственно, стоимость 1 м³ изделия достаточно высоки и намного превышают аналогичные показатели железобетонных изделий и конструкций другого назначения. Но даже выполнение этих требований в большинстве случаев не приводит к повышению качества и снижению высокого процента брака при производстве труб, так как стандартные режимы виброформования данных изделий изменяют геометрическое положение гибких арматурных каркасов. Зачастую, это приводит к существенному занижению толщины защитного слоя бетона и увеличению ширины раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках, что совместно с неблагоприятным влиянием сезонных климатических воздействий (попеременное замораживание и оттаивание, замачивание-осушение, выщелачивание бетона, истирание внутренней поверхности и др.) приводит к повреждению защитного слоя бетона, коррозии арматуры и значительному снижению срока службы.

При изготовлении и возведении традиционных конструкций из железобетона наиболее являются арматурные работы. Изготовление сеток, каркасов, установка арматуры и ее закрепление в проектное положение, необходимость увеличения толщины конструкций для обеспечения толщины защитного слоя бетона, сложность соблюдения его величины ггри бетонировании приводят к значительным затратам труда. В ря^де конструкций, особенно в инженерных сооружениях со сложне"ш геометрическим очертаниям (например, конической, бункерной или друг^ой подобной формы), во многих пространственных элементах, круглых плитсах пе всегда могут быть использованы стандартные сетки. Армироватзгие подобных конструкций осуществляется, как правило, индивидуально и часто отдельными стержнями, что существенно повышает не только трудоемкость работ, но и приводит к перерасходу дефицитной стали.

Дисперсное армирование приводит в ряде случаев к снижению материалоемкости конструкций, стоимости и трудоемкости изготовления по сравнению с традиционными решениями. Это достигается в значительной мере за счет частичного или полного отказа от необходимости применение в конструкциях традиционных арматурных сеток и каркасов, а также в результате перевода во многих случаях комплекса производства арматурных работ в процессе изготовления армированной бетонной см: еси непосредственно в бетоносмеситель.

Применение дисперсно армированных бетонов дает возможность исключить из конструкций значительную часть традиционной стержневой арматуры и заменить ее фибровой, вводимой в бетон при его приготовлении в бетоносмесителе. Это позволяет в значительно снизить трудоемкость работ при изготовлении сборных элементов на заводах ЖБК, а также непосредственно на строительных площадках при воздействии монолитных конструкций. Применение дисперсно армированных бетонов позволяет в ряде случаев обеспечить снижение расхода бетона и стали.

Экономический эффект достигается за счет отказа от использования стержневой арматуры, исключения сварочных работ и, соответственно, уменьшить трудозатраты.

Калькуляция материалов и трудозатрат на изготовление 1 блока арки (полуарки) арочного трехшарнирного моста пролетом 6 м с использованием стержневого армирования и сталефибробетона приведена в таблице 26.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Предложена классификация стальной фибры по прочностным и геометрическим характеристикам, позволяющая дифференцировать всю выпускаемую продукцию основных заводов — производителей на четыре типа фибры.

2. Обосновано рациональное применение типов стальной фибры согласно предложенной классификации в сочетании с бетоном-матрицей для диапазона классов прочности бетона на сжатие В15-В60 по критериям использования прочностных характеристик фибры, уровням достигаемой прочности сталефибробетона на растяжение и повышения несущей способности сечений конструктивных элементов. Теоретически и экспериментально доказано, что сталефибробетон в зависимости от характеристик и объемного содержания фибры, характеристик бетона-матрицы обеспечивает повышение прочности (расчетного сопротивления) исходного бетона на растяжение в 2,5−7 раз, при повышении прочности на сжатие на 15−35%.

3. Показано, что сталефибробетон на основе обыкновенной по прочности фибры типа 1 (Rf ~ 400−500 МПаlf/df ~ 50) при идентичности всех других показателей композита (прочность бетона, геометрические характеристики фибры и её показатели сцепления с бетоном-матрицей, объемная концентрация фибры и др.) обладает более высокой прочностью по сравнению с композитом на основе высокопрочной фибры типа 3 (Rf= 9 501 050 МПаlf/df ~ 50), что объясняется различием механизмов разрушения сталефибробетонного сечения. Относительно короткая фибра типа 1 (lf/df ~ 50), обеспечивающая реализацию использования её прочностных характеристик в диапазоне классов прочности бетона на сжатие В30-В60, обеспечивает также высокую технологичность приготовления и укладки бетонной смеси в опалубочную форму.

4. Обосновано влияние обжатия продольной сжимающей силы в арочных конструкциях, позволяющей разгрузить растянутую зону сечений конструкций от действия изгибающего момента и за счет этого механизма реализовать сталефибробетон как самостоятельный конструкционный материал в конструкциях малопролетных засыпных арочных мостов.

5. Сформулированы принципы оценки работоспособности внецентренно сжатого сталефибробетонного сечения при расположении продольной сжимающей силы N в пределах сечения (е0 < 0,5h) и за его пределами е0 > 0,5h.

6. Обоснованы оптимальные варианты арок засыпных автодорожных мостов с учетом переменного положения временной нагрузки в пределах пролета по рациональному очертанию и стреле подъема.

7. С использованием ПК «Plaxis 8.2» и SCAD исследовано силовое состояние двухшарнирных и трехшарнирных арок оптимального очертания пролетом 4 и 6 метра засыпных мостов на стадии монтажа и эксплуатации под автомобильные нагрузки А11, НК-80 и введенные с 2008 г — А14, НК-100, соответствующие новому ГОСТ Р 52 748−2007. Выполненные исследования подтвердили возможность реализации двухшарнирных арок пролетом 4 м и трехшарнирных арок пролетом 6 м из бетонов классов прочности на сжатие В30-В40, армированных стальной фиброй обыкновенной прочности (Rf ~ 400−500 МПа, типов 1, 2) в количестве fifV ~ 0,015 для высоты засыпки h = 3 — 6 м и жестком (скальном) основании. При h = 1 — 3 ми основании в виде пылевато-глинистых грунтов рекомендуется применять арки в комбинированном армировании. Расширение возможностей проектирования арок в сталефибробетоне возможно за счет повышения прочности бетона, использования фибры повышенной относительной длины типов 2, 4, устройства затяжек в уровне опорных шарниров арок.

8. На основе выполненных исследований с использованием сталефибробетона и смешанного армирования запроектированы, изготовлены, испытаны и возведены ГУП «Башкиравтодор» одно-, двухпролетные засыпные мосты с применением четырехметровых и шестиметровых по пролету арок в нескольких районах Республики Башкортостан на автодорогах I и II категорий. Сданные в эксплуатацию в 2006;2007 гг сталефибробетонные засыпные арочные мосты стали первыми арочными мостами в Республике Башкортостан, своды которых собраны из сталефибробетонных элементов.

Обобщая вышеизложенное, можно заключить, что выполненные исследования подтверждают теоретически обоснованную возможность повышения прочности сталефибробетона при дисперсном армировании стальными волокнами, а опыт промышленного производства арочных: конструкций малопролетных засыпных мостов с применением сталефибробетона и применения их в строительной практике отражает высокую технико-экономическую эффективность этих конструкций.