Усиление металлических пролетных строений со сплошными главными балками

В зависимости от конструкции пролетного строения, наличия сла­бых элементов, необходимой степени повышения грузоподъемности и с учетом местных условий применяют различные способы усиления [1]:

· увели­чение поперечного сечения элементов с одновременным усилением их прикреплений;

· усиление с изменением системы балок (подведение шпренгеля под балки, превращение разрезных ба­лок в неразрезные);

· превращение стального пролетного строения в сталежелезобетонное путем устройства железобетонной плиты, включенной в совместную работу;

· усиление ортотропной плитой проезжей части.

Усиление пролетных строений увеличением поперечного сечения элементов. При увеличении поперечного сечения элементов металл усиления размещают симметрично относительно осей поперечного сечения. Усиление производят как локально без прекращения движения по­ездов, так и с перерывом движения по мосту в предоставленные «окна». При проектировании усиления особое внима­ние обращают на уменьшение стеснений движения поездов по мосту в процессе производства работ (сокращение «окон», ограничений скоростей движения) [1].

При небольшом увеличении грузоподъемности пролетного строения со сплошными главными балками их усиление производят добавлением горизонтальных листов (полулистов) или уголков к поясам (рис. 3.18). При этом постановку горизонтальных листов (полулистов) осуществляют посредством при­крепления их к поясным уголкам высокопрочными
болтами.

 

 

Рис. 3.18. Усиление балок металлического пролетного строения: а – вид вдоль оси; б – добавление горизонтального листа; в – добавление горизонтальных полулистов; г – добавление уголков

В балках, не имею­щих верхних горизонтальных листов, рекомендуют ставить верхний горизонтальный лист на всей длине балки. При этом упро­щается укладка (прирубка) мостовых брусьев. При усилении балок пролетного строения горизонтальными полулистами соблю­дают следующий порядок работ [1]:

– в полу­листе по разметке сверлят отверстия на полный диаметр;

– на одной половине балки в промежутке между поездами удаляют головки и выбивают стержни заклепок;

– очищают поверхность контакта с полулистом;

– укладывают предварительно очищенный полулист;

– производят постановку высокопрочных болтов.

При усилении продольных балок постановкой двух дополнительных уголков у каждого пояса можно полностью исключить производство работ в «окна» (рис. 3.18, г). Выполнению этой операции обычно меша­ют вертикальные уголки жесткости, которые приходится обрезать или заменять новыми соответствующей высоты [1].

При усилении пролетных строений в основном применяют соединения на высокопрочных бол­тах. Эти соединения обладают большей по сравнению с заклепочными соединениями жесткостью, что обеспечивает хорошую совместную рабо­ту старого и вновь добавляемого металла, повышает эффективность его использования, имеют более низкую концентрацию напряжений около отверстий. Передача усилия в соединениях на высокопрочных болтах осуществляется только силами трения на поверхностях контак­тов соединяемых элементов, вызванными затяжкой болтов. Поэтому бол­ты в отверстиях можно устанавливать со значительным зазором (до 3 мм). Это дает возможность допускать несовпадение отверстий в заданных пределах, что облегчает подготовку и установку элементов усиления [1].

Перекрытие трещин накладками на высокопрочных болтах. Для перекрытия трещин в элементах металлических пролетных строений применяют плоские или уголковые двухсторонние (односторонние) накладки. Предпочтительнее применение двухсторонних накладок, обеспечивающих лучшую передачу усилий и работу болтов. Размеры накладок назначают в зависимости от размеров перекрываемых трещин и требуемого количества болтов в соответствии с расчетом или проектом. Для плоской накладки минимальную толщину принимают равной 10 мм, максимальную – не более 16 мм (рис. 3.19) [16].

Рис. 3.19. Усиление балки пролетного строения перекрытием трещины двухсторонними накладками: 1 – накладка; 2 – высокопрочные болты

При этом основной состав работ включает в себя [16]:

· засверливание концов трещины;

· очистку контактных поверхностей на­кладок и ремонтируемого элемента (пес­кост­руй­ными аппаратами или жесткими металлическими щетками);

· консервацию контактных поверхностей путем нанесения краски, грунтовки или клеефрикционного покрытия слоем эпоксидной смолы;

· установку накладок в проектное положение и постановку высокопрочных болтов с последующим их натяжением;

· герметизацию соединений.

Постановка дополнительных уголков (ребер) жесткости. При недостаточной грузоподъемности балок пролетного строения по устойчивости производят постановку дополнительных уголков (ребер) жесткости (рис. 3.20) [29].

 

 

Рис. 3.20. Устройство дополнительных уголков (ребер) жесткости балкам пролетного строения: 1 – дополнительные уголки жесткости; 2 – высокопрочные болты соединения; а – шаг уголков до усиления; а' – шаг уголков после усиления

 

Усиление пролетных строений с изменением системы балок. При необходимости значительного повышения грузоподъемности пролетного строения целесообразно устройство шпренгелей как про­стых, так и предварительно напряженных. Этот способ усиления характеризуется тем, что работы, как правило, выполняют без перерыва движения поездов (рис. 3.21) [1].

 

 

Рис. 3.21. Усиление главных балок пролетного строения шпренгелями: а – схемы усиления; б – узел А (прикрепление шпренгеля к балке)

 

При усилении пролетных строений предварительно напряженными шпренгелями эффективно применение высокопрочной стали в виде стержней круглого сечения, а также других прокатных профилей. В предварительно напряженных шпренгелях (для поясов) возможно ис­пользование тросов и пучков из высокопрочной проволоки при обес­печении надежной защиты их от коррозии. Предварительное напряжение создают домкратами, полиспастами, винтовыми приспособлениями и др. (рис. 3.21) [1]. Объединение шпренгельной затяжки с главной балкой пролетного строения допускается производить с помощью упора и диафрагм (рис. 3.22) [29].

 

Рис. 3.22. Детали прикрепления шпренгеля к элементам главной балки пролетного строения: а – вид вдоль оси; б – узел А (упора); в – поперечное сечение по 1-1; 1 – вертикальный лист балки пролетного строения; 2 – горизонтальный лист; 3 – уголок прикрепления нижнего пояса балки; 4 – вертикальная стенка упора; 5 – горизонтальный лист упора; 6 – ребро жесткости; 7 – затяжка; 8 – высокопрочные болты (Ст 40Х, d_б ~ 22–24 мм); 9 – сварной шов; 10 – муфта с двойной резьбой; 11 – диафрагма

Усиление превращением стального пролетного строения в сталежелезобетонное путем устройства железобетонной плиты, включенной в совместную работу. Значительное повышение грузоподъемности пролетных строений с ездой поверху достигается устройством на верхних поясах главных ба­лок железобетонной плиты, включенной в совместную работу с балками. В результате такого усиления получается сталежелезобетонное пролетное строение (рис. 3.23) [1]. Железобетонная плита может быть монолитной или сборной. Для обеспечения совместной работы железобетонную плиту с верх­ним поясом балок соединяют с помощью высокопрочных болтов (рис. 3.23, а), жестких упоров, прикрепляе­мых к балкам, или столиков (рис. 3.23, б).Для повышения сцепления с балкой плиту укладывают на клеепесчаный раствор, состоящий из эпоксидной смолы, песка, полиэтиленполиамина, дибутилфталата [1]. При соединении плиты с поясами балок при помощи специальных стальных закладных частей – упоров, заделываемых в бе­тон плиты, – и опирании на сто­лики (рис. 3.23, б) исключаются так называе­мые мокрые процессы, связанные с укладкой раствора и бетона при монтаже, что снижает продолжительность «окон». При усилении пролетных строений железобетонными плитами требуются длительные «окна». Для их сокращения усиление вы­полняют в стороне, передвинув усиливаемое пролетное строение с постоянных на временные опоры и поста­вив вместо него на время усиления запасное [1].

 

Рис. 3.23. Схема объединения железобетонной плиты с главной балкой пролетного строения при помощи:
а – высокопрочных болтов; б – столика; 1 – жесткий упор; 2 – клеепесчаный раствор; 3 – высокопрочный болт; 4 – столик

 

Усиление сплошностенчатого пролетного строения ортотропной плитой проезжей части. Повышение грузоподъемности и долговечности сварных пролетных строений со сплошными главными балками длиной от 18,2 до 33,6 м особенно при развитии в них усталостных трещин осуществляют путем их усиления ортотропной плитой (рис. 3.24) [30]. Срок службы пролетных строений с трещинами после усиления при грузонапряженности около 40 млн. брутто/км в год составляет от 40 до 60 лет. При этом уменьшается динамическое воздействие на балки пролетного строения. Расход основного металла составляет около 40 % массы нового типового металлического пролетного строения с ездой по БМП и до 30 % массы нового коробчатого пролетного строения с ездой на балласте. Кроме того, ортотропная плита предохраняет главные балки пролетного строения от атмосферного воздействия [30].

При усилении металлических сварных пролетных строений ортотропной плитой материалоемкость указанных ремонтно-восстановитель­ных мероприятий существенно ниже, чем при их замене. При этом усиленное пролетное строение приобретает новые качества, упрощающие его эксплуатацию, что приводит к снижению эксплуатационных затрат [30].

 

 

Рис. 3.24. Усиление пролетного строения ортотропной плитой: а – с безбалластным мостовым полотном; б – с балластным корытом

 

Если отверстие моста перекрыто несколькими разрезными пролет­ными строениями, то при усилении может оказаться целесообразным объединение их в неразрезные (рис. 3.25) [1].

 

Рис. 3.25. Схема объединения разрезных пролетных строений в неразрезное: 1 – горизонтальный лист;
2 – вертикальный лист; 3 – высокопрочные болты;
L_п – полная длина разрезного пролетного строения;
е_о – температурный зазор

 

При этом объединение разрезных балок пролетного строения осуществляют горизонтальными и вертикальными листами на высокопрочных болтах (рис. 3.25).