ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РОСПВТОПОР

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПЫТНОМУ ПРИМЕНЕНИЮ НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРЫ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНСТВО (РОСАВТОДОР)

МОСКВА 2019

Предисловие

1. РАЗРАБОТАН Национальным Институтом    Авиационных Технологий ОАО НИАТ

2. ВНЕСЕН Управлением строительства и    эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства

3.    ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 26.09.2019 № 2604-р.

4. ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

ОДМ 218.3.089-2019

-    о^п„ напряжения в бетоне сжатой зоны от постоянной нагрузки,

-    oⁿs напряжения в центре тяжести арматуры растянутой зоны от постоянной нагрузки,

-    Е_в, Е* - модули упругости применённых в конструкции бетона и арматуры.

Основные предпосылки расчёта:

-    расчёт производится исходя из фактического состояния конструкций,

-    расчёт производится из условия плоских сечений и прямой пропорциональности деформаций в бетоне и арматуре по мере удаления от нейтральной оси сечения,

-    деформация сжатия в бетоне не превышает 0,003,

-    бетон растянутой зоны в расчёте не учитывается,

-    диаграмма зависимости напряжение-деформация в элементе усиления носит линейный характер до момента разрушения.

Прочность сечения нормального к продольной оси и усиленного в растянутой зоне углепластиковой арматурой, проверяется, исходя из требования достижения напряжений в материалах, не превышающих расчётных сопротивлений:

o,_mx=<?”+v:^p<R_t,

^ к,

Oi<R_K (напряжения и расчётное сопротивление композита)

Значение оу для напрягаемой композитной арматуры определяется по формуле (1)

а1 ~ a*,, Kdi (1 - КлсТр) fjVfnaf,    (1)

(Укр - прочность углепластиковой арматуры при растяжении при кратковременных испытаниях

Kdi - коэффициент длительного сопротивления угл е пласт и ко во й арматуры

Клс7_р - коэффициент учитывающий релаксацию в углепластиковой

Напряжения от временной нагрузки в бетоне сжатой зоны (о_в^вр), в арматуре (о^) и в композите (о_к) определяют из рассмотрения равновесия внутренних сил усиленного сечения. При этом расчёт ведут в две стадии.

Стадия №1 - предварительный расчёт, исходящий из положения, что размер сжатой зоны сечения при действии временной нагрузки может быть принят равным:

Расчет сечений, нормальных к продольной оси балки, у которой внешняя сила действует в плоскости оси симметрии сечения и продольная арматура сосредоточена у перпендикулярных указанной плоскости граней элемента, производился в зависимости от значения относительной высоты сжатой зоны £ = x/ho, определяемой из соответствующих условий равновесия. При этом проверялось условие, при котором значение % при расчете балки не должно превышать относительной высоты сжатой зоны бетона при которой предельное состояние бетона сжатой зоны наступает не ранее достижения в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению R_s или R_p.

Значение определялось по формуле (2)

где (о = 0,85-0,008 R_b- для элементов с обычным армированием, при этом расчетное сопротивление бетона Rb принималось в МПа; напряжения в арматуре а_ь МПа, принималось равными:

R_s - для ненапрягаемой арматуры.

расчетное сопротивление напрягаемой арматуры растяжению ЯрИринималось с учетом снижения характеристик при длительной эксплуатации, а величину предварительного напряжения в арматуре а_р - с учетом потерь. При наличии напрягаемой и ненапрягаемой арматуры напряжениеащринимается по напрягаемой арматуре;

напряжение а: принималось равным 500 МПа.

В процессе расчёта последовательно определяют:

а) площадь бетона сжатой зоны (рис. 1)

А_в = в-х;

б)    напряжения в бетоне сжатой зоны, принимая что суммарные напряжения от постоянной и временной нагрузки равны расчётному сопротивлению бетона сжатию

о-г = к - о-;    (2)

в)    относительные удлинения

- по верхним фибрам бетонного сечения

-    в уровне ц.т. рабочей арматуры (рис1,а)

*7=*'%-    (4)

-    в уровне установки композитной арматуры, в частности, для случая установки по нижним фибрам бетонного сечения

г)    напряжения в композитной арматуре

= <^р • (6)

Е_к - расчётный модуль упругости композита, равный модулю заявленному производителем, делённому на коэффициент надёжности у=1,2;

д)    предварительная величина увеличения несущей способности сечения

д_М =- --Ш0    (_В%)    (₇)

или для случая нескольких углепластиковых арматурных элементов

А

ДМ =---100 (в %)    (8)

к+о-А, (Л,--)

Величина ЛМ не должна быть меньше требуемого увеличения несущей способности, установленного по результатам обследования и оценки состояния сооружения. В зависимости от величины требуемого ЛМ

могут приниматься следующие решения:    добавляется количество

углепластиковых арматурных элементов снизу, сбоку или снизу и сбоку; углепластиковые арматурные элементы предварительно напрягаются; и увеличивается их количество.

Стадия №2 - уточняется расчёт, исходя из принятой на первой стадии площади углепластиковых арматурных элементов. Прежде всего, расчётом на этой стадии уточняется значение “х” из рассмотрения равновесия внутренних сил сечения:

о-; • а; + О, ■ А, = а_% • А, + а_к ■ А.

ИЛИ

Если установленное уточняющим расчётом значение “х” отличается от принятого ранее (на I^й стадии) на величину более ±0,0 l h₀, расчёт по формулам (2)-г(8) повторяют и устанавливают уточнённое значение ДМ. Если уточнённое значение “х” находится в пределах х = (0,12±0,01) Ь_о, результаты предварительного расчёта принимают за окончательные. Возможные схемы усиления тавровых балок приведены на рис.2.

] [

IUI

L - зона с недостаточной прочностью

( ~ анкерные участки

Рис. 2 Схемы усиления, вызванные недостаточной прочностью нормальных сечений

Если принятое значение о_кА_к не приводит к требуемому усилению конструкций, повторяется вариант усиления с предварительным напряжением конструкций.

При расчете на прочность по предельным состояниям первой группы исходными данными служат момент и поперечная сила от нагрузки, приходящейся на балку.

Путем сопоставления расчетных усилий от внешних нагрузок с предельными нагрузками подбирают дополнительное количество арматуры из композиционных материалов.

Поперечное сечение усиливаемой балки и рабочая арматура, установленная при изготовлении балки, являются исходными данными расчета.

ОДМ 218.3.089-2019

Если балка рассчитана по предельным состояниям СНиП 2.05.03-84*, то можно использовать все расчетные характеристики, приведенные в типовом или индивидуальном проекте.

Если балка рассчитана по другим нормативным документам, то пересчитывают несущую способность балки (основных сечений) по ВСН 32-89 (Транспорт, М., 1991).

Расчетные характеристики материала (стали и бетона) усиливаемой балки принимают по ВСН 32-89 в зависимости от года постройки (срока эксплуатации сооружения) и по СНиП 2.05.03-84*.

Расчет проводят в два этапа.

Вначале определяют несущую способность балки с арматурой, установленной при ее изготовлении. Затем определяют разницу в несущей способности существующей и усиленной балок.

На эту разницу усилий, используя поперечное сечение балки, подбирают площадь поперечного сечения высокопрочной арматуры.

Расчет наклонных сечений на действие поперечной силы проводят также в два этапа.

На первом этапе расчета учитывают только арматуру, установленную в балке при ее изготовлении (отогнутые стержни или пучки, хомуты и т.д.).

Для определения необходимости усиления    наклонных    сечений

выполняется расчет в соответствии со СНиП 2.05.03-84*, учитывая фактическое состояние бетона и арматуры.

При расчетах должно быть установлено удовлетворение условиям:

по обеспечению прочности бетона между наклонными трещинами, зависящей в основном от прочности бетона, площади сечения балки, площади сечения арматурных хомутов и расстояния между ними;

по обеспечению прочности наклонного сечения по изгибающему моменту, зависящей от площади сечения арматурных хомутов.

Если имеющейся в балке арматуры не достаточно, то на этих, как правило, концевых участках наклеивают углепластиковые ламели. Возможная схема

ОДМ 218.3.089-2019

усиления балок ламелями приведена на рис. 1 - 4 и предлагаемый вариант конструкции в приложении 1, однако проект усиления мостовой конструкции должен быть разработан под конкретную мостовую конструкцию.

В этом случае должно быть обеспечено сцепление наклеиваемой арматуры на этом участке с бетоном согласно п. 3.170 СНиП 2.05.03-84*.

Расчет сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие изгибающего момента проводят также в два этапа.

На первом этапе расчета учитывают только арматуру, установленную в балке при ее изготовлении.

Если имеющейся в балке арматуры не достаточно, то в расчет вводят арматуру, устанавливаемую для усиления балки, при этом сцепление ее с бетоном не учитывают, а расчетные сопротивления арматуры принимают как при расчете по прочности (см. п. 3.85 СНиП 2.05.03-84*).

Расчет на местное сжатие (смятие) и местные напряжения в зоне установки упоров

Расчет на местное сжатие (смятие) осуществляют согласно п. 3.89 СНиП 2.05.03-84*.

Кроме того, бетон в зоне установки упора проверяют на действие местных напряжений.

При расчете местных напряжений в бетоне в зоне установки упора при натяжении арматуры учитывают всю или часть нагрузки, действующей на балку (собственный вес балки, мостовое полотно и временная нагрузка) и усилия от предварительного натяжения высокопрочной арматуры.

Расчет проводят в две стадии: на момент натяжения лент и на стадии эксплуатации.

В сечении (в зоне установки упора), учитывая поперечное сечение балки, прочность бетона и арматуры, установленной в балке, определяют напряжения от внешних нагрузок и местные напряжения от натяжения лент.

Напряжения в бетоне и арматуре, возникающие от этих нагрузок, затем суммируют и сравнивают с нормативными.

ОДМ 218.3.089-2019

Во всех случаях расчета количество и вид арматуры (продольной или поперечной, учитываемой в расчете) определяется растянутыми участками эпюр местных напряжений.

При расчете продольной и поперечной арматуры (продольные, отогнутые стержни и хомуты) ее учитывают на расстоянии, равном 0,5 высоты балки в обе стороны от места установки упора.

При этом площадь арматуры, попадающая в растянутую область эпюры местных напряжений, должна воспринимать растягивающие усилия в этой зоне.

При расчете местных напряжений, возникающих в месте установки накладного упора, прикрепляемого к стенке балки болтами, рекомендуется рассматривать упор как состоящий из нескольких внутренних упоров (по числу болтов для всего накладного упора), расположенных на горизонтальных или наклонных к оси балки осях.

Количество и диаметр болтов подбираются таким образом, чтобы напряжения в бетоне за и перед болтами не превышали расчетных сопротивлений бетона.

Для участков балки, где местные напряжения в зоне установки упоров не превышают 0,4 проверка на трещиностойкость не обязательна.

Местные напряжения в зоне установки упоров для типовых балок можно не рассчитывать, если усилие в лентах, передающееся на упор, не превышает 30 тс. Внутренний цилиндрический упор выполняют в виде пальца диаметром 100 мм и более. Накладной упор крепят к стенке балки шестью болтами диаметром 24-25 мм. Внутренний цилиндрический упор устраивают в зоне взаимодействия арматуры балки с бетоном, которая определяется по п. 3.110 СНиП 2.05.03-84*. если его располагают в растянутой зоне бетона.

6.3. Расчет по предельным состояниям второй группы

Балки, усиливаемые предварительно напряженными лентами, должны удовлетворять категориям требований по трещиностойкости, приведенным в табл. 39 СНиП 2.05.03-84*.

3.95*. Железобетонные конструкции мостов и труб в зависимости от их вила и назначения, применяемой арматуры и условий работы должны удовлетворять категориям требований по трещиностойкости, приведенным в табл. 2*. Трещиностойкость характеризуется значениями растягивающих и сжимающих напряжений в бетоне и расчетной шириной раскрытия трещин.

Таблица 2*

Категория Предельные значения Вид и назначение конструкций, особенности армирования требовали й по трещиностойкости растягивающих напряжен ий в бетоне расчета ой ширины раскрыт ИЯ трещин Дсг минимальн ых сжимающи X напряжений при отсутствии временной нагрузки Элементы железнодорожных мостов (кроме стенок балок пролетных строений), армированные напрягаемой проволочной арматурой всех видов. Элементы автодорожных и городских мостов (кроме стенок балок пролетных строений), армированные напрягаемой высокопрочной проволокой диаметром 3 мм, арматурными канатами класса К-7 диаметром 9 мм. а также напрягаемыми стальными канатами (со спиратьной и двойной свивкой и закрытыми) 2а 0,4 Rbt.ur Элементы железнодорожных мостов (кроме стенок баюк пролетных строений), армированные напрягаемой стержневой арматурой. 26 lARu^r* 0,015** Не менее 0,1 Rh при бетонах класса В30 и ниже и не

Содержание

1.    Введение.................................................................................5

2.    Нормативные ссылки..................................................................5

3.    Термины и определения...............................................................7

4.    Принятые обозначения.................................................................8

5.    Технические требования к композиционным материалам......................9

6.    Общие принципы проектирования усиления

конструкций.................................................................................10

6.1.. Общие положения по расчету усиления железобетонных балочных пролётных строений автомобильных мостов.......................................10

6.2.    Расчет по предельным состояниям первой группы........................11

6.3.    Расчет по предельным состояниям второй

группы.......................................................................................20

7.    Конструктивные требования........................................................31

8.    Технология усиления..................................................................31

9.    Требования безопасности работ.....................................................32

10.    Пример использования методики расчёта для железобетонной балки

прямоугольного сечения усиленной углепластиковыми лентами закреплёнными в анкерных устройствах.............................................33

Элементы автодорожных и городских мостов (кроме стенок балок пролетных строений), армированные напрягаемой высокопрочной проволокой диаметром 4 мм и более, напрягаемыми арматурными канатами класса К-7 диаметром 12 и 15 мм. Сваи мостов всех назначений, армированные напрягаемой стержневой арматурой и напрягаемой высокопрочной проволокой диаметром 4 мм и более, а также напрягаемыми арматурными канатами класса К-7				менее 1,6 МПа (16,3 кгс/см2) -при бетонах класса В35 и выше
Стенки (ребра) балок предварительно напряженных пролетных строений мостов при расчете на главные напряжения	За	По табл. 40“	0,015
Элементы автодорожных и городских мостов, армированные напрягаемой стержневой арматурой. Участки элементов (в мостах всех назначений), рассчитываемые на местные напряжения в зоне расположения напрягаемой проволочной арматуры	36		0,020
Элементы мостов и труб всех назначений с ненапрягаемой арматурой. Железобетонные элементы мостов всех назначений с напрягаемой арматурой, расположенной вне тела элемента. Участки элементов (в мостах всех назначений), рассчитываемые на местные напряжения в зоне расположения напрягаемой стержневой арматуры	Зв		0,030* *•

ОДМ 218.3.089-2019 ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Методические рекомендации по опытному применению напрягаемой арматуры из высокопрочных композиционных материалов для усиления железобетонных конструкций мостов

1    Область применения

Отраслевой дорожный методический документ «Методические рекомендации по опытному применению напрягаемой арматуры из высокопрочных композиционных материалов для усиления железобетонных конструкций мостов» (далее - методический документ) разработан в соответствии с законодательными и нормативными документами, действующими в дорожном хозяйстве, и носит рекомендательный характер [1,2,6,8].

Настоящий методический документ разработан для использования органами управления дорожным хозяйством Российской Федерации при проведении работ по усилению железобетонных конструкций мостов напрягаемой арматурой из высокопрочных композиционных материалов.

2    Нормативные ссылки

В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативно-технические документы и стандарты.

1.    СП 35.13330.2011. Свод правил. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*.

2.    ГОСТ 27751-2014. Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения.

3.    СП 79.13330.2012. Свод правил. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний. Актуализированная редакция СНиП 3.06.07-86.

4.    ГОСТ 10587-93. Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия.

5.    ГОСТ 8728-88. Пластификаторы. Технические условия.

6.    ГОСТ 10187-75. ССБТ Противогазы и респираторы промышленные фильтрационные. Метод определения времени защитного действия фильтрующее-поглощающих коробок по парам ртути; Л09; ГОСТ 12.4.161-

75;8-8,5.

7.    СП 46.13330.2012. Свод правил. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 3.06.04-91.

8.    СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования

9.    ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

10.    ГОСТ 12.3.002-75* ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности.

11.    ГОСТ 12.3.005-75* ССБТ. Работы окрасочные. Общие требования безопасности.

12.    ГОСТ 12.3.016-87. ССБТ. Строительство. Работы антикоррозионные. Требования безопасности. Взамен ГОСТ 12.3.016-79.

13.    ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Взамен ГОСТ 12.4.009-75.

14.    ГОСТ 12.0.004-90. Организация обучения безопасности труда. Общие положения. Утвержден 05.11.1990 г. после Госстандарта СССР № 2797. Взамен ГОСТ 12.0.004-79.

15.    ВСН 37-84. Инструкция по организации движения и ограждения мест производства дорожных работ.

16.    ГОСТ 12.4.011-89. ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация . Взамен ГОСТ 12.4.011-75.

17.    ЕСЭКС. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием. Взамен ГОСТ 9.025-74.

18.    ГОСТ 12.4068-79*. ССБТ. Средства индивидуальной защиты дерматологические. Классификация и общие требования.

5

ОДМ 218.3.089-2019

19. ГОСТ 12.1.013-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность.

Общие требования.

20. ГОСТ 2.601    -    2006    «Единая    система    конструкторской

документации. Эксплуатационные документы»

3 Термины и определения

В настоящем ОДМ применены следующие термины и соответствующие определения:

В настоящих рекомендациях использованы следующие термины с соответствующи м и определен и я м и.

Мостовое сооружение - искусственное сооружение, расположенное на автомобильной дороге и являющееся конструктивной частью, предназначенное для перевода транспортного пути (дороги) и водовода через различны е препятствия. К этой группе сооружений относятся мосты, путепроводы, эстакады, виадуки, скотопрогоны. Мостовое сооружение состоит из опор, пролетных строений, мостового полотна и регуляционных сооружений.

Долговечность сооружения - свойство сооружения сохранять работоспособное состояние в течение длительного периода времени с необходимыми перерывами на ремонт.

Работоспособное состояние пролетного строения - состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять полностью или частично заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации элементов пролетных строений от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние.

ОДМ 218.3.089-2019

Предельное состояние (пролетного состояния) опоры - состояние, при котором восстановление работоспособного состояния конструкции невозможно или нецелесообразно.

Капитальный ремонт - комплекс работ по замене и (или) восстановлению конструктивных элементов сооружений и (или) их частей, выполнение которых осуществляется в пределах установленных допустимых значений и технических характеристик класса и категории автомобильной дороги и при выполнении которых затрагиваются конструктивные и иные характеристики надежности и безопасности сооружения.

Ремонт - комплекс работ по восстановлению транспортноэксплуатационных характеристик сооружения, при выполнении которых не затрагиваются конструктивные и иные характеристики надежности и безопасности сооружения.

Композиционный материал - конструкционный (неметаллический или металлический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала.

4 Основные положения ОДМ содержит:

технические требования к композиционным материалам; общие принципы проектирования усиления конструкций; общие положения по расчету усиления железобетонных балочных пролётных строений автомобильных мостов;

расчет по предельным состояниям первой группы; расчет по предельным состояниям второй группы; конструктивные требования; технология усиления; требования безопасности работ;

ОДМ 218.3.089-2019

пример использования методики расчёта для железобетонной балки прямоугольного сечения усиленной углепластиковыми лентами закреплёнными в анкерных устройствах;

пример проектной конструкторской документации по усилению железобетонных конструкций мостов.

Характеристики материалов

R_p, кр - прочность композиционного материала при растяжении при кратковременных испытаниях;

Е_р, _кр - модуль упругости композиционного материала при растяжении при кратковременных испытаниях;

а_р, _Кр - растягивающее напряжение в композиционном материале при кратковременных испытаниях;

а_р, при t= 10 часов - растягивающее напряжение в композиционном материале после 10 часов экспонирования при постоянной деформации;

Е_Р, кр - деформация композиционного материала под нагрузкой при кратковременных испытаниях;

е_р, при t= 10 часов - деформация композиционного материала после 10 часов экспонирования под постоянной нагрузкой;

N - количество циклов переменной нагрузки;

R_p, при N=2 • 10⁷ циклов - прочность композиционного материала при растяжении - сжатии после приложения 2 10 циклов переменной нагрузки;

Rbuscr- расчетное сопротивление бетона осевому растяжению при расчете предварительно напряженны элементов по образованию трещин.

5. Технические требования к композиционным материалам

Технические требования к композиционным материалу, из которого изготавливаются ленты для усиления железобетонных пролётных строений автомобильных мостов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование показателя Единица измерения Значение показателя Плотность кг/м3 1550 Кратковременная прочность при растяженииRp, кр , не менее МПа 1400 Кратко врем ен н ы й модуль упругости при растяжении Ер, кр, не менее ГПа 50,0 Показатель релаксации в виде отношения аг. пои t=10 часов аР’ кр не менее % 93 Показатель ползучести в виде отношения £Р. пои t=10 часов Ер» Кр не более % 110

Показатель выносливости в виде	%	30
отношения, Rr, при N=2 • К)7 циклов D гчр» кр не менее

6. Общие принципы проектирования усиления конструкций

6.1.    Общие положения по расчету усиления железобетонных балочных пролётных строений автомобильных мостов

Перед усилением пролётных строений мостовых сооружений необходимо произвести их обследование в соответствии со СНиП 3.06.07-86.

При необходимости усиления пролётных строений руководствуются следующими принципами.

Расчеты по прочности и трещиностойкости балок, изложенные в СНиП 2.05.03-84*. не полностью отражают работу ненапрягаемых и предварительно напряженных балок, усиленных напрягаемыми лентами из композиционного материала.

В предварительно напряженных балках предварительно напряженная арматура имеет сцепление с бетоном по всей длине и работает совместно с бетоном как на постоянную, так и временную нагрузку.

Предварительно напряженная арматура, установленная в балках при их усилении, не имеет сцепления с бетоном и расчет сечений по прочности производится с учетом п. 3.65 СНиП 2.05.03-84*.

6.2.    Расчет по предельным состояниям первой группы

Данным расчётом должно быть подтверждено достижение требуемого класса по грузоподъёмности и требуемой категории по трещиностойкости. В качестве исходного положения используются значения: