МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ. ПРАВИЛА РАСЧЕТА

Издание официальное

Москва 2014

СП 159.1325800.2014

Предисловие

Сведения о своде правил

1    ИСПОЛНИТЕЛЬ - Филиал ОАО ЦНИИС «НИЦ «Мосты»

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство», Федеральным автономным учреждением «Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве» (ФАУ «ФЦС»)

3    ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

4    УТВЕРЖДЕН Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 7 августа 2014 г. № 441/пр и введен в действие с 1 сентября 2014 г.

5    ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

6    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему своду правип, а также тексты изменений и поправок размещаются в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Министерства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству Российской Федерации в сети Интернет

© Минстрой России. ФАУ сФЦС», 2014

Настоящий свод правил не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Минстроя России

СП 159.1325800.2014

Содержание

1    Область применения.............................................................................................................1

2    Нормативные ссылки............................................................................................................1

3    Термины и определения.......................................................................................................1

4    Общие положения.................................................................................................................2

5    Нагрузки и воздействия........................................................................................................6

6    Учет последовательности бетонирования (монтажа) плиты проезжей части.................7

7    Учет образования трещин....................................................................................................9

8    Усадка и ползучесть бетона.................................................................................................9

9    Саморазо1рсв бетона в процессе твердения и температурные перепады между

стальной и железобетонной частями сечения..................................................................11

10    Расчет строительного подъема........................................................................................13

11    Расчет на временные нагрузки.........................................................................................14

Библиография.........................................................................................................................18

III

Введение

Настоящий свод правил разработан с целью повышения уровня безопасности людей в зданиях и сооружениях и сохранности материальных ценностей в соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. №384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», повышения уровня гармонизации нормативных требований с европейскими и международными нормативными документами, применения единых методов определения эксплуатационных характеристик и методов оценки. Учитывались также требования Федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и сводов правил системы противопожарной защиты.

Свод правил содержит правила расчета сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов.

Свод правил выполнен авторским коллективом ОАО «ЦНИИС» (канд. техн. наук ЮМ. Егорушкин, инженеры Р.И. Рубин чин, Н.В. Илюшин).

СВОД ПРАВИЛ

СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ.

ПРАВИЛА РАСЧЕТА

Steel and concrete composite bridge decks on highways. Rules of analysis

Дата введения - 2014-09-01

1    Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование новых и реконструируемых постоянных мостовых сооружений со сталежелезобетоннымн пролетными строениями с ездой поверху, сооружаемых путем монтажа стальных балок и последующего бетонирования (монтажа) железобетонной плиты проезжей части:

на автомобильных дорогах;

на улицах и дорогах населенных пунктов.

Настоящий свод правил не распространяется на проектирование мостовых сооружений на железных дорогах и линиях метрополитена.

2    Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы»

СП 63.13330.2012 «СИиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил и/или классификаторов) в информационной системе общею пользования на официальном сайте национальною органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно издаваемого информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт (документ), на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта (документа) с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт (документ), на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта (документа) с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт (документ), на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт (документ) отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, нс затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил можно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.

3    Термины и определения

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

Издание официальное

3.1    загруженис поверхности влияния: Поиск неблагоприятных расположений временных подвижных нагрузок на пролетном строении моста и, соответствующих этим расположениям, экстремальных значений расчетной величины (усилия, перемещения и т.д.).

3.2    момент замыкания стали и бетона: Начало совместной работы стальной балки и железобетонной плиты проезжей части. Условно считают момент, когда прочность бетона достигает 30 % расчетной прочности.

3.3    поверхность влияния: Функция, значениями которой являются усилия (или другие компоненты напряженно-деформированного состояния) в заданной точке пролетного строения в зависимости от положения перемещаемой единичной вертикальной силы. Задается таблично в виде матрицы аппликат, вектор-столбца абсцисс и вектор-строки ординат.

3.4    саморазогрев бетона: Повышение температуры бетона в процессе твердения вследствие экзотермии цемента.

3.5    сталежелезобетонный мост: Мостовое сооружение со сталежелезобетонными пролетными строениями.

3.6    сталсжелезобстонные пролетные строения: Пролетные строения мостовых сооружений, у которых основные несущие элементы (главные балки) состоят из стальных и железобетонных элементов, работающих совместно.

3.7    температура саморазогрева бетона: Разность температур между стальной балкой и железобетонной плитой проезжей части в «момент замыкания» стали и бетона.

4 Общие положения

4.1    Расчеты сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов необходимо выполнять с комплексным учетом следующих конструктивнотехнологических факторов: последовательности бетонирования (монтажа) плиты проезжей части, усадки и ползучести бетона, трещинообразования, саморазсмрсва бетона в процессе твердения, температурных перепадов между стальной и бетонной частями поперечного сечения.

4.2    Расчеты сталежелезобетонных пролетных строений мостов на постоянные нагрузки и воздействия, а также на температурные перепады допускается выполнять с применением плоских расчетных схем.

4.3    Расчеты на воздействие временных вертикальных нагрузок от транспорта и пешеходов следует выполнять с учетом пространственной работы конструкции. Рекомендуется, особенно при расчете конструкций сложного очертания в плане (косоугольных, криволинейных и т.п.), применять методику получения и загружен и я линий и поверхностей влияния усилий, напряжений, деформаций и перемещений с поиском неблагоприятного расположения временных нагрузок на пролетном строении и расчетных сочетаний нагрузок.

4.4    Оценку сопротивляемости нормальных к продольной оси моста сечений изгибаемых сталежелезобетонных балок наступлению предельных состояний, а также расчеты на воздействие усадки и саморазогрева бетона в процессе твердения рекомендуется выполнять в соответствии с предлагаемой обобщенной методикой.

4.5    В основе обобщенной методики лежит расчет нормальных сечений по нелинейной деформационной модели [1J, использующей диаграммы деформирования

СП 159.1325800.2014

(состояния) материалов, составляющих поперечное сечение сталежелезобстонной балки: конструкционной стали, бетона и арматуры.

Отличительной особенностью методики является использование в расчетах по нелинейной деформационной модели в качестве критерия прочности предельных усилий, воспринимаемых сечением, а не предельных относительных деформаций согласно СП 63.13330.

4.6    Обобщенная методика расчета нормальных сечений изгибаемых элементов базируется на применении:

• уравнений равновесия;

-    гипотезы плоских сечений;

-    диаграмм деформирования материалов.

Предлагаемая методика ориентирована на применение компьютера. В основе ее реализации лежат вычислительные процедуры численного интегрирования, решения интерполяционной задачи, нахождения корней трансцендентных уравнений.

4.7    В общем случае для оценки предельных состояний сечений, нормальных к продольной оси изгибаемого элемента, применяют три уравнения равновесия -равенство нулю суммы внешних и внутренних продольных сил и равенство нулю суммы внешних и внутренних моментов относительно двух не параллельных осей, расположенных в плоскости сечения. При расчете сечений, симметричных относительно плоскости действия внешней нагрузки, достаточно двух уравнений, а для расчета центрально сжатых (растянутых) элементов - одного.

4.8    Сечения, нормальные к продольной оси элемента, в соответствии с гипотезой плоских сечений, остаются плоскими после деформирования элемента.

Эпюра деформаций представляет собой призматическую поверхность, образованную исходной и деформированной плоскостями. Линия пересечения исходной и деформированной плоскостей поперечного сечения является нулевой линией (нейтральной осью), где деформации и напряжения равны нулю. При применении гипотезы плоских сечений, эпюры нормальных напряжений в поперечных сечениях балки могут быть представлены диаграммами (или фрагментами диаграмм) простого растяжения-сжатия материалов, составляющих поперечное сечение, с линейно измененным масштабом деформаций.

4.9    Диаграмма деформирования представляет собой зависимость между напряжениями о и относительными деформациями е при растяжении-сжатии материала

о = /(с).

Диаграмму деформирования для каждого материала представляют в аналитическом виде или в виде вектора

где п - количество точек диаграммы.

4.10 В общем случае в качестве расчетной диаграммы состояния бетона, определяющей связь между напряжениями и относительными деформациями, используют параболу с ниспадающей ветвью, уравнение которой имеет вид

(1)

3

где оь - напряжения в бетоне, МПа;

Сь - относительная деформация бетона, МПа;

Еь - начальный модуль упругости, МПа;

R - расчетное сопротивление бетона, МПа;

е*о-предельная относительная деформация бетона при одноосном воздействии (константа).

В приведенной выше зависимости в качестве расчетного сопротивления бетона R используют Rby Rbjcr, Rbh Rbi^r при расчетах на сжатие по предельным состояниям первой и второй групп и при расчетах на растяжение.

В расчетах на действие длительных нагрузок вместо начального модуля упругости Еь следует использовать модуль деформации Е, определяемый по формуле

£-£*/(1+Ф«г),    (2)

где ер,-, - коэффициент ползучести.

4.11    Допускается применять в расчетах диаграмму деформирования сжатого бетона, состоящую из параболического и прямоугольного участков.

Уравнение параболического фрагмента диаграммы имеет вид

о* “[(1 - (1 - е*/е_м)²] R_b,    (3)

где бьо~ относительная деформация бетона, равная 0,002 при кратковременном действии и 0,0035 при длительном действии на!рузки.

4.12    Деформирование конструкционной стали и армату ры, допускается описывать с помощью диаграммы Прандгля:

= {4, -е„ -Я„ -/?,/£„ -R_s, R, /Е» R_s, е„ /?,},

где 4 - количество точек диаграммы;

/?,- расчетное сопротивление стали (для первой или второй группы предельных состояний), МПа;

Е„ - модуль упругости стали, МПа;

е, - предельная относительная деформация (е, = /?,/£,+ 0,006 - для конструкционной стали, е, = 0,025 - для ненапрягаемой арматуры).

4.13    Предлагаемая обобщенная методика расчета нормальных сечений изгибаемых сталсжслезобетонных элементов базируется на следующем утверждении.

Если при расчете изгибаемых балок применяют гипотезу плоских сечений и известна ориентация нейтральной оси, то относительной деформации (напряжению) в произвольной точке поперечного сечения, нормального к продольной оси балки, может быть однозначно поставлена в соответствие эпюра относительных деформаций (нормальных напряжений) в этом сечении.

Математически задача отыскания эпюры относительных деформаций сводится к выбору из пучка плоскостей, проходящих через заданную точку и параллельных заданному направлению нейтральной оси, такой плоскости, которая удовлетворяет условиям равновесия.

4.14    При симметричном изгибе силовая плоскость проходит через плоскость симметрии сечения, направление ее фиксировано и нейтральная ось перпендикулярна силовой плоскости. В этом случае пространственная задача может быть сведена к плоской, т.с. вместо рассмотрения силовой плоскости, плоскостей деформирования и поверхностей напряжений можно ограничиться рассмотрением следов их пересечения с плоскостью сечения.

СП 159.1325800.2014

Эпюра относительных деформаций представляет собой прямую линию, принадлежащую к пучку прямых, расположенных в плоскости сечения и проходящих через заданную точку (полюс пучка прямых).

4.15    В качестве полюса может быть выбрана произвольная точка. Как правило, выбор полюса обусловлен назначением выполняемого расчета. При расчете сталежелезобетонного сечения по прочности в качестве полюса целесообразно использовать точку, принадлежащую наиболее сжатому от внешней нагрузки волокну сечения с относительной деформацией, равной предельному значению относительной деформации бетона при сжатии.

Поиск эпюры относительных деформаций (прямой линии, проходящей через полюс) сводится к определению соответствующей относительной деформации во второй (сопряженной) точке.

В качестве сопряженной может быть использована произвольная точка поперечного сечения, не совпадающая с полюсом. При расчете сталежелезобетонного сечения по прочности в качестве сопряженной целесообразно использовать точку, совпадающую с нижней фиброй балки.

4.16    Относительную деформацию в сопряженной точке находят с применением уравнения равновесия, отражающего условие равенства нулю суммы проекций всех внешних и внутренних сил на продольную ось элемента.

Для решения уравнения применяют «функцию равновесия»

F = \ c_sb_sdz + 1 v_bb_bdz + I ajj + N,    (4)

о    h    /=1

где z - ордината в направлении, нормальном к нулевой линии;

Л, Я-размеры стального и сталежелезобетонного сечений по направлению, нормальному к нулевой линии, м; о„ о* - напряжения в стали и бетоне, МПа;

Ь_г, Ьь - ширина стальной и бетонной частей сталежелезобетонного сечения, м; п - количество арматурных стержней; о, - напряжение в арматурном стержне, МПа; f- площадь арматурного стержня, м²;

N - внешняя продольная сила, МН.

Функция равновесия определена и имеет единственный корень на отрезке [^zbjuU'^zs,ult 1» ^где cb,ult’^zs,ult ~ предельные значения относительной деформации сжатого бетона и растянутой стати.

4.17    Аргументом функции равновесия является относительная деформация в сопряженной точке, а значениями - значения равнодействующей внешних и внутренних продольных сил. Искомое значение относительной деформации в сопряженной точке, соответствующее точке пересечения графика функции равновесия с осью абсцисс, определяют итерационным методом деления отрезка пополам; при этом значения функции на каждом шаге итерации вычисляют с применением диаграмм деформирования материалов.

4.18    После отыскания эпюры деформаций, описываемой двумя точками - полюсом с координатами Zp, Zp и сопряженной точкой с координатами z₀ относительную деформацию в произвольной точке поперечного сечения определяют по формуле

^zt =^z5 + (e_p-^zc)(z,-z_c)t(z_p-z_c).    (5)

4.19 Для определения напряжения в произвольной точке применяю! диаграммы деформирования <y_t = f(c_t).

Изгибающий момент, воспринимаемый сечением сталежелезобетонного элемента, определяют с помощью процедуры численного интегрирования по формуле

h    н    п

М = \ o_sb_szdz + J a_bbf,zdz + I orffr.    (6)

0    A    »“1

Таким образом, задавшись полюсом (координатой и значением относительной деформации), определяют эпюру деформаций, соответствующую ей эпюру напряжений и изгибающий момент, воспринимаемый сечением.

5 Нагрузки и воздействия

5.1    Расчеты сталежелезобетонного пролетного строения следует выполнять последовательно на нагрузки и воздействия различных видов с учетом изменения жесткости конструкции в процессе се возведения (стадийности) с накоплением и последующим суммированием результатов. Коэффициенты сочетаний к временным на!рузкам и воздействиям следует принимать в соответствии с СП 35.13330.

5.2    Расчеты сталежелезобстонного пролетного строения следует выполнять на нагрузки и воздействия следующих видов:

-    нагрузки от веса металлоконструкций;

-    нагрузки от веса плиты проезжей части с учетом последовательности бетонирования (монтажа);

-    нагрузки от веса мостового полотна;

-    временные подвижные нагрузки от транспорта и пешеходов;

-    воздействия от усадки бетона;

-    воздействия от ползучести бетона;

-    воздействия от саморазогрева бетона в процессе твердения;

-    временные воздействия от температурных перепадов между стальной и железобетонной частями сталежелезобетонной балки.

К постоянным относят все перечисленные нагрузки и воздействия, кроме транспортных и температурных.

5.3    На нагрузки от веса металлоконструкций балки работают стальным сечением.

Нагрузки от веса плиты проезжей части воспринимают балки, состоящие из

стальных и сталежслезобетонных участков, совокупность которых в процессе сооружения плиты постепенно меняется - от стальной до сталежелезобетонной конструкции.

Остальные нагрузки и воздействия балки воспринимают сталежелезобетонным сечением.

5.4    В неразрезных пролетных строениях расчет на воздействия от усадки, ползучести, саморазогрева и температурных перепадов осуществляют в два этапа. Сначала рассчитывают объемлющее разрезное пролетное строение, полученное путем условного отбрасывания промежуточных опор и принимаемое в качестве основной системы метода сил. В поперечных сечениях разрезного пролетного строения определяют напряжения и кривизны. Затем, с помощью полученных значений кривизны, раскрывают статическую неопределимость. Напряжения первого и второго этапов суммируют.

5.5    Следует рассматривать три вида сочетаний нагрузок и воздействий: