книги / Проектирование транспортных сооружений

Глава 4

ОПОРЫ И ОПОРНЫЕ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭСТАКАД

4.1.КОНСТРУКЦИЯ СТОЕЧНЫХ И СТОЛБЧАТЫХ ОПОР

Простейшими и весьма распространенными видами опор железо­ бетонных эстакад являются стоечные и столбчатые опоры. К стоечным условно могут быть отнесены опоры с размерами поперечного сечения до 1 м, а к столбчатым — свыше 1,0 м, В большинстве случаев стойки и столбы опор эстакад имеют постоянные сечения с круглой, прямо­ угольной или более сложной формой (рис. 4.1, а, б, в). В зависимости от условий закрепления по концам, а также из архитектурных сооб­ ражений стойки и столбы выполняют сужающимися к одному из кон­ цов.

Одностоечные или одностолбчатые опоры могут быть заделаны в фундамент (см. рис. 4.1, а) или сопрягаться с ним и с пролетным строе­ нием шарнирно (см. рис. 4.1,6). В последнем случае такие стойка или столб будут качающимися. При малых размерах таких опор сверху представляется возможным установить только одну опорную часть, которую располагают под стенкой пролетного строения или под опор­ ной диафрагмой (см. рис. 4.1, а, б). При необходимости опирания про­ летного строения на две опорные части предусматривают столбы с бо­ лее развитым сечением в поперечном направлении (см. рис. 4.1, в) или делают уширение верхней части такой опоры. В случае цилиндриче­ ских столбов уширение их верха может быть обеспечено устройством короткой железобетонной стенки с небольшими консольными выступа­ ми (рис. 4.1, г). Достаточно часто одностолбчатые опоры снабжают кон­

Одностоечные и одностолбчатые опоры применяются главным образом под коробчатые пролетные строения одноили двухконтурного сечения с шириной поверху до 18—20 м. Ребристые пролетные и плит­ ные пролетные строения опирают на одностолбчатые опоры с ригелем. В некоторых случаях при ширине пролетных строений до 10—12 м объединяют столб опоры с поперечными диафрагмами пролетных строе­ ний (рис. 4.1, ё).

При заделывании стоек в фундамент или пролетное строение они работают на сжатие с изгибом. Однако из-за малых размеров попереч­

ных сечений стоек их гибкость велика и изгибающие моменты от сов­ местной работы с пролетным строением и фундаментом незначительны. Горизонтальные усилия от временной нагрузки или температурных деформаций распределяются между всеми такими стойками пропор­ ционально их жесткости.

101

Весьма распространены в эстакадах двухстолбчатые опоры с диа­ метром столбов немного более 1 м. Часто ригель таких опор делают скрытым (рис. 4.2, а).

Опоры, образованные из нескольких стоек, применяют в случае плитных, ребристых и коробчатых пролетных строений полуоткрытого сечения (рис. 4.2, б). Обычно такие стойки поддерживают пролетное строение без устройства дополнительного ригеля.

Столбчатые опоры достаточно массивны и при необходимости мо­ гут воспринимать сжатие, изгиб и горизонтальные усилия от воз­ действий временной нагрузки и изменения температуры.

При плитной конструкции эстакады одностолбчатые опоры выпол­ няют с разветвлением в верхней части (рис. 4.2, в). Разветвленные столбы имеют опорные части на концах ответвлений или эти ответвле­ ния омоноличиваются с пролетным строением. При этом концы от­ ветвлений, омоноличиваемые с пролетным строением, делают достаточ­ но тонкими, чтобы образовать ложный железобетонный шарнир, пере­ дающий только нормальные силы.

Рис. 4.1. Одностоечные и одиостолбчатые опоры железобетонных эстакад:

/ -опорная диафрагма; 2 — шарнир; 3 — уширение верха столбчатой опоры; 4 — консоль­ ный ригель; 5 — бетон заполнения с арматурой

102

В криволинейных эстакадах большой кривизны для уменьшения крутящих моментов, возникающих от временных и постоянных на­ грузок, стоечные или столбчатые опоры располагают эксцентрично по отношению к оси поперечного сечения, смещая их в сторону выпукло­ сти кривизны (рис. 4.2, г).

Железобетонные стойки опор выполняют монолитными или сбор­ ными сплошного сечения. Возможно применение пустотелых стоек. Верхние концы пустотелых стоек при шарнирном их сопряжении с про­ летным строением заполняют монолитным бетоном. Иногда полости внутри стоек целиком заполняют монолитным бетоном (см. рис. 4.1, д). При жестком соединении с пролетным строением, ригелем или фунда­ ментом из стойки выводят выпуски арматуры. Так как в стойках пре­ обладают сжимающие напряжения, их продольная арматура обычно не имеет предварительного напряжения. Поперечную арматуру стоек (замкнутые хомуты), а в трубчатых и круглых сечениях (спирали) устанавливают в соответствии с конструктивными требованиями, предъявляемыми к сжатым железобетонным элементам. Столбчатые опоры, как и стоечные, могут быть пустотелыми (рис. 4.2, д) или сплош­ ного сечения.

Располагая стойки различным образом в плане (рис. 4.3) вдоль про­ лета, можно создать различные статические схемы опирания пролет­ ного строения: точечное, осевое прямолинейное или косое, шахмат­ ное и сдвоенное по двум близко расположенным осям. В случае приме-

103

нения широких столбов с наиболь­ шим размером поперечного сечения до 5 — 6, м удается обеспечивать опирание на них пролетных строе­ ний с полной шириной до 30 м (рис. 4.4, а). Такие опоры оказыва­ ются целесообразными для грибо­ видных пролетных строений эс­ такад.

В криволинейных эстакадах пролетные строения могут иметь заметный поперечный уклон для виража. На опоры в этом случае

передаются поперечные горизонтальные усилия от центробежных сил, возникающие при проезде автомобилей. Для восприятия этих усилий столбам опор придают наклон, а возникающий при этом распор вос­ принимается железобетонной затяжкой, расположенной между фун­ даментами отдельных столбов (рис. 4.4, б). В местах сопряжения та­ ких пролетных строений со столбами устраивают бетонные шарниры с предварительным обжатием арматурой.

Сплошные столбы изготавливают чаще всего из монолитного желе­ зобетона. Полые столбы могут быть монолитными и сборными. Сбор­ ные столбы большой высоты составляют из отдельных колец (блоков) с последующим заполнением внутренней полости монолитным бето­ ном.

Столбы опор эстакад армируют как напрягаемой арматурой, так и ненапрягаемой, особенно в опорах, интенсивно работающих на из­ гиб. Пучки высокопрочной арматуры располагают в каналах или внут­ ренних полостях, а их натяжение производят после бетонирования. Нижние глухие анкеры располагают в фундаменте опоры. В рамных эстакадах пучки заводят из опоры в пролетное строение и анкеруют на верхней плите пролетного строения в надопорных диафрагмах. Армирование массивных столбов осуществляется вертикальными стержнями, расположенными вдоль их внешних граней. Поперечную арматуру круглых столбов выполняют из колец или спирали, а стол­ бов иного типа — из стержней и хомутов, изогнутых вдоль граней по­ перечного сечения, устанавливаемых из конструктивных соображений.

Рис. 4.4. Столбчатые опоры, широких железобетонных эстакад

104

Наиболее прогрессивны в настоящее время безростверновые опо­ ры, у которых нет специального фундамета (см. рис. 4.1, д).

Фундаменты стоечных и столбчатых опор могут быть на естест­ венном основании или выполнены с использованием свай или оболочек. Фундамент для опоры, состоящей из нескольких стоек или столбов, может устанавливаться отдельно под каждую стойку или столб (см. рис. 4.2, а) или быть единым (см. рис. 4.2, б). Если предусмотрен фун­ дамент из сборного железобетона, то его целесообразно делать стакан­ ного типа. В плане фундаменты, а также плиты ростверков имеют квадратную или прямоугольную форму.

4.2.КОНСТРУКЦИЯ ОПОР-СТЕНОК И РАМНЫХ ОПОР

Копорам-стенкам относятся такие, толщина которых с в 5 и более раз меньше их ширины Ь. В простейшем случае опора-стенка имеет по­ стоянную толщину. По высоте опоры ширина ее может оставаться не­

изменной или уменьшаться к фундаменту (рис. 4.5, а).

Опору-стенку заделывают в фундамент, а на ее верхнюю грань опирают пролетное строение эстакады. В зависимости от соотношения толщины стенки к ее высоте такую опору считают гибкой или жесткой при изгибе вдоль оси моста. При высоте опор 4—5 м толщина стенки, равная 0,15—0,25 м, создает гибкую конструкцию,а более 0,4 м — жесткую. Жесткая стенка воспринимает горизонтальные усилия от временной нагрузки и изменений температуры пролетных строений. Гибкие стенки почти не воспринимают эти усилия или распределяют их между группой совместно работающих гибких стенок. На воздей­ ствие усилий, действующих в плоскости опоры-стенки, она работает как жесткая конструкция.

Опоры-стенки криволинейных эстакад часто имеют несимметрич­ ную форму (рис. 4.5, б).

Для увеличения изгибной жесткости опор-стенок из плоскости им придают двутавровое поперечное сечение (рис. 4.5, в). Над ребрами такой стенки обычно располагают опорные части пролетных строений.

В поперечном сечении широких пролетных строений могут быть предусмотрены несколько стенок, опирающихся на общий фундамент или отдельный для каждой их них.

Арматура стенок состоит из вертикальных рабочих стержней, расположенных по периметру сечения опоры, и конструктивных гори­ зонтальных стержней. Внизу стержни рабочей арматуры заводят в фундамент, причем для устройства ложного железобетонного шарнира в тонких стенках их отгибают и перекрещивают. Консольные выступы опор армируют каркасами с верхними горизонтальными рабочими стержнями и отгибами. Каркас обычно проходит непрерывно на всю ширину стенки в верхней ее части.

Рамные железобетонные опоры эстакад в основном применяют для ребристых пролетных строений. Реже такие опоры используют для плитных и коробчатых пролетных строений.

Монолитные рамные опоры имеют вертикальные или наклонные стойки, заделанные в фундамент (рис. 4.5, г) или шарнирно с ним сое-

105

Рис. 4.5. Опоры в виде стенок и рам:

диненные. При ширине ригеля П-образной рамной опоры более 20--25 м и консольных свесах с вылетом до 5—6 м в ригеле предусматривают напрягаемую арматуру, анкеруемую по его торцам (рис. 4.4, 5).

При ширине пролетных строений до 20 м возможно применение Т-образных рамных опор. При этом ригель такой опоры может быть выполнен и скрытым (рис. 4.5, е).

Находят применение рамные опоры, состоящие из систем наклон­ ных стоек, связанных общим ригелем (рис. 4.5, ж). Такие опоры имеют сборную конструкцию.

Стойки рамных опор могут иметь постоянное сечение (см. рис. 4.5, г, д) или изменяющееся с их высотой (см. рис. 4.5, е).

Наиболее сложную конструкцию имеют рамные опоры в эстакадах транспортных пересечений. Такие рамы могут иметь неодинаковый на­ клон стоек и мощные большепролетные ригели. Устраивают в таких случаях и консольные рамные опоры с развитыми фундаментами. Весьма сложны по конструкции монолитные рамные опоры, возводи­ мые при строительстве эстакад вдоль горных склонов. Специфические особенности таких опор состоят в том, что иногда их заанкеривают в грунте для предотвращения оползней.

Сборные или сборно-монолитные рамные опоры монтируют из от­ дельных стоек и ригелей. Фундаменты обычно делают монолитными, хотя возможно применение и стаканных сборных фундаментов для эстакад с небольшими пролетами. Стойки могут иметь сплошное или пустотелое сечение различной формы: круглое, прямоугольное, много­ угольное и др. Сборные ригели опор устанавливают на стойки и объе­ диняют с ними сваркой или омоноличиванием выпусков арматуры, на­ тяжением вертикальных арматурных элементов, установкой сдвоен­ ных опорных частей на каждой стойке и т. д.

106

Ригели обычно имеют прямоугольное поперечное сечение, если опирание пролетных строений осуществляется на них сверху и перевер­ нутое Т-образное сечение, если предусматривается пониженное опирание главных балок с образованием скрытого ригеля. С целью умень­ шения массы блоков сборного ригеля его изготавливают пустотелой коробчатой конструкции с последующим заполнением при монтаже монолитным бетоном.

В тех случаях, когда в надопорном сечении производится объедине­ ние главных балок или блоков плит в неразрезную или рамную систе­ му, конструкция ригеля опоры должна соответствовать способу объ­ единения для включения ригеля в совместную работу с пролетным строением.

В криволинейных эстакадах с различными радиусами кривизны ригели рамных опор могут иметь различную толщину.

4.3.ОПОРНЫЕ ЧАСТИ

Опорные части служат для восприятия давлений, передаваемых от пролетных строений, и передачи их опорам. Они необходимы также для обеспечения свободных перемещений пролетных строений.

К опорным частям городских эстакад, имеющих в большинстве случаев сложное очертание в плане, предъявляются повышенные тре­ бования. Опорные части железобетонных и металлических эстакад должны обеспечивать значительные по размеру и разнообразные по направлениям перемещения. Опорные части городских эстакад долж­ ны иметь минимальную высоту, не увеличивающую общую высоту со­ оружения и не ухудшающую его внешний вид. По возможности опор­ ные части не должны быть видны. Неправильная расстановка опор­ ных частей под пролетные строения городских эстакад ведет к возник­ новению в их сечениях дополнительных напряжений, следствием ко­ торых являются различного рода повреждения в конструкциях соору­ жений.

Опорные части могут быть железобетонными, металлическими, ре­ зиновыми (резинометаллическими), а также основанными на примене­ нии полимерных материалов. На практике находят применение опор­ ные части различных типов: тангенциальные, валковые, катковые, балансирные, стаканообразные, сегментные и др. По характеру рабо­ ты опорные части эстакад могут быть шарнирно-неподвижными и шар­ нирно-подвижными.

Применение того или иного типа опорной части зависит от передава­ емых на нее усилий, а также от характера перемещений и деформаций пролетного строения. При расстановке опорных частей в железобетон­ ных эстакадах, помимо перемещений пролетных строений от постоян­ ных и временных подвижных нагрузок, следует учитывать возможность возникновения перемещений, связанных с усадкой к ползучестью бето­ на, температурным фактором и предварительным напряжением конст­ рукции. В случае стоечных опор линейная подвижность опорных частей не является обязательной, так как стойки имеют возможность деформироваться в вертикальных плоскостях. Однако из-за возникаю-

107

щих перекосов пролетных строений требуется обеспечение попереч­ ного вращения опорных частей.

Опорные части должны воспринимать в основном сжимающие уси­ лия. Для восприятия растягивающих усилий предусматриваются до­ статочно сложные опорные части, через которые передача горизон­ тальных усилий весьма затруднительна.

Широко распространены плоские резиновые опорные части, кото­ рые позволяют воспринимать большие вертикальные усилия и дают возможность для перемещений пролетного строения в произвольном направлении. Резиновые опорные части способствуют также гашению динамических нагрузок и более равномерному распределению тормоз­ ных усилий между опорами. Шарнирно-подвижные опорные части для небольших перемещений (5—25 мм) и реакций (1000— 1500 кН) выполня­ ют резинометаллическими с плоскими стальными прокладками внут­ ри резиновой массы (рис. 4.6, а). Для больших перемещений (100— 150 мм) и реакций (2000—15 000 кН) применяют опорные части ста­ канного типа в виде резины в металлической обойме со скользящими листами на полимерных прокладках с малым коэффициентом трения скольжения, например из фторопласта (рис. 4.6, б). Коэффициент тре­ ния скольжения таких полимеров составляет 0,04—0,06 при давлении на лист от 10 до 100 МПа, а со специальной смазкой может'уменьшить­ ся до 0,002—0,0045. Шарнирно-подвижная круглая опорная часть мо­ жет иметь возможность свободно перемещаться в любом направлении, если между скользящей частью и обоймой со всех сторон имеются за­ зоры (см. рис. 4.6, б, правая часть сечения В — В). Если в промежут­ ке между этими частями установить направляющую прокладку, то перемещения опорной части будут возможны только в одном заданном направлении (см. рис. 4.6, б, левая часть сечения В—В). Шарнирно­ подвижные опорные части устраивают с центральным металличе­ ским штырем или без скользящей части (см. рис. 4.6, а, б). Иногда в ка­ честве скользящей поверхности применяют гладкие оцинкованные ме­ таллические листы (рис. 4.6, в).

Если прочность резины или полимерного материала недостаточна для восприятия опорных реакций, а также в случае когда размеры опорной части излишне большие, применяют металлические опорные части.

Тангенциальные опорные части из стального литья (рис. 4.6,г) под неразрезные многопролетные конструкции вызывают появление значительных сил трения, препятствующих перемещениям пролетных строений. Для уменьшения сил трения по контактным поверхностям устаналивают полимерные прокладки, например, из политетрафтор­ этилена, имеющего малый коэффициент трения. Чтобы тангенциаль­ ная опорная часть по всей своей длине воспринимала передаваемые ей усилия, отношение ее ширины к длине B/L должно быть не менее 1/3.

Весьма совершенной конструкцией является стальная катковая опорная часть. Она состоит из одного или нескольких катков, заклю­ ченных между стальными плитами (рис. 4.6, д). Применяя для кат­ ков высокопрочные стали, удается снизить их высоту, повысить эко-

108

Рис. 4.6. Конструкция опорных частей городских эстакад:

1 — м е т а л л и ч е с к и е о п о р н ы е ч а с т и ; 2 — н а п р я г а е м а я а р м а т у р а / — р е з и н а ; 2 — с т а л ь н ы е л и с т ы ; 3 — о т в е р с т и е д л я ш т ы р я в ш а р н и р н о - н е п о д в и ж н о й о п о р ­

в е р х н я я п л и т а ; 10 — к о н т а к т н ы е п о в е р х н о с т и ; / / — и и ж и я я о п о р н а я п л и т а / 2 — в а л о к ; 13 — к а т о к ; 14 — с л о й в ы с о к о п р о ч н о й с т а л и ; 15 — в ы с т у п ; 16 — ш а р о в о й с е г м е н т ; 17 — с л о й т е ­

ф л о н а

109

Рис. 4.7. Расположение опорных частей в плане:

/ - стоечная опора; 2 • устой; 3 — ш арннрно-нсподвнж ная опорная часть; 4 — опорная

часть стаканного типа

поверхностях предусматривают слой хрома толщиной 0,06—0,08 мм, наносимый за несколько приемов. Катки для опорной части могут быть также выполнены из обрезков стальных труб, заполняемых самонапряженным бетоном. Подобные катковые опорные части приме­ нимы для плитных пролетных строений. По сравнению с цельнометал­ лической опорной частью достигается экономия по расходу стали до 25—30 %.

Валковые опорные части (рис. 4.6, е) сходны по конструкции с Кат­ ковыми опорными частями. Недостаток валковых опорных частей со­ стоит в возможности потерять устойчивость при перемещениях, пре­ вышающих допустимые. Равномерные напряжения смятия по длине Катковой и валковой опорных частей достигаются при отношении их диаметра к длине касания D/L >1/1,5. Перекос Катковой или валко­ вой опорной части на монтаже ведет к увеличению коэффициента тре­ ния в одном направлении и уменьшению в другом. Для криволиней­ ных пролетных строений эстакад применимость таких опорных частей ограничена.

Опорные части с металлическим шаровым шарниром обеспечивают подвижность во всех направлениях. Однако предельно допустимая на-

110