характеристики и маркировка по ГОСТ, монтаж своими руками, цены

Бетонные кровельные покрытия и перемычки – самые прочные и при этом одни из самых хрупких конструкций, которые только применяются в строительстве. Они способны выдерживать огромное распределенное давление, но разрушаются, стоит лишь приложить к ним точечную нагрузку. Пока ЖБИ имеют под собой сплошную опору, они надежны и прочны. Если же под ними оказывается пустое пространство, их начинает изгибать под собственным весом. Чтобы избежать разрушения бетона, необходимо обеспечить ему опору снизу. И с этой задачей могут справиться только мощные прогоны.

Оглавление:

1. Разновидности балок
2. Маркировка
3. Технические показатели
4. Особенности применения и монтажа
5. Расценки

Железобетонные прогоны представляют собой армированные изделия с повышенным сопротивлением изгибающим нагрузкам. По сути, это мощная длинномерная балка для горизонтального усиления перекрытий и широких проемов, на которую укладываются прочие элементы строительной конструкции. Вся приложенная нагрузка передается на вспомогательную систему прогонов, а они уже переносят ее на несущие стены, фермы или другие опоры. Для получения лучших характеристик прочности на изгиб профиль прогона делают высоким и узким. А чтобы обеспечить ему надежное и устойчивое опирание на другие составляющие – дополняют полками.

Классификация

Основными видами являются прямоугольные (ПРГ) и тавровые (ПР) железобетонные балки. Последние, в зависимости от особенностей профиля, разделены на два типа:

• с перпендикулярной полкой – марки от 1ПР до 3 ПР;
• с диагональной – 4ПР и 5ПР.

В самих балках оставляются 5-сантиметровые сквозные отверстия или же выпускаются сверху металлические петли для строповки при монтажных работах. Закладные элементы (пластины, анкеры) покрываются антикоррозионным составом.

Также прогоны могут отличаться по схеме армирования:

• ненапряженные – усилены только стальным каркасом из стержней AIII;
• предварительно-напряженные, где в дополнение идут продольные напрягаемые стержни, увеличивающие несущую способность изделия.

Особенности маркировки

Массовое производство и применение перемычек из армированного бетона началось еще в 60-х. Тогда же была создана нормативная база для их изготовления – серии рабочих чертежей, по которым до сих пор заводы ЖБИ выпускают свою продукцию. В какой-то единый пакет документов они так и не были объединены, поэтому маркировка прогонов у разных производителей немного отличается.

По марке можно определить не только габариты изделия, но и форму его сечения:

• П – общее обозначение монолитного прогона.
• Р – имеет опорные полки, то есть в разрезе выглядит как тавровая балка.
• Г – прямоугольная форма профиля.

После буквенного сокращения указываются округленные основные размеры, выраженные в дециметрах. Ширина и высота выбираются из рядов значений – 12-40 и 30-50 см соответственно, длина начинается с 2,78 м. За общей информацией идет допустимая нагрузка, то есть основная характеристика несущего элемента, выраженная в т/м. Следом – условное обозначение арматуры.

Последние в маркировке изделия – свойства проницаемости бетона для агрессивных газовых сред: нормальная (Н) или пониженная (П). Здесь же могут содержаться сведения о закладных элементах или применении тяжелого бетона (т). Последнее ГОСТом не регламентируется, но отдельно указывается в серии рабочих чертежей 1.225-2 (выпуск 12).

Иногда железобетонные прогоны прямоугольного сечения ПРГ маркируются иначе. После общего сокращения наименования «П» размещается расчетная нагрузка в сотнях килограммов на метр длины. То есть П40 – это прогон, выдерживающий помимо собственного веса еще 4000 кГс/м (серия чертежей ИИ-03-02). В более поздней технической документации появилось дополнение к такой маркировке. Следующая за нагрузкой цифра уже указывает на длину в дециметрах, а после нее ставится литера «п», обозначающая прямоугольную форму профиля (1.225-2 вып.5).

Характеристики

Для производства прогонов применяются достаточно тяжелые марки бетона с различной прочностью. Ее подбирают в зависимости от размеров изделия и особенностей армирования:

• 3,58 м – М200;
• 2,78 и 3,15 м – М250;
• 5,98 м с пространственным армированием – М300;
• 5,98 м с предварительно напряженной арматурой – М350.

Плотность этих бетонов достигает 2,5 т/м3, а если еще учесть размеры ЖБИ и вес стальных стержней, масса отдельного изделия получается немаленькой – от 150 до 1500 кг. Несущая способность каждой балки – 39,2 кН/м, что позволяет использовать их в строительстве крупных общественных зданий и жилых объектов из блоков или полнотелого кирпича. Однако следует учитывать, что указанная расчетная нагрузка – это предел возможностей для железобетонной конструкции, после которой начинается ее разрушение.

При выборе лучше ориентироваться на нормативный показатель (без учета коэффициента надежности). Для ПРГ эти данные приведены в сопроводительной записке к серии рабочих чертежей и составляют 28,9 кН/м при длительном воздействии или 33,4 кН/м при временном.

ГОСТ 26992-86, согласно которому производятся железобетонные балки прогонов, предполагает их использование для устройства покрытий плоских кровель с уклоном не более 5%. Изделия с полками марок 1ПР и 2ПР, а также 4ПР и 5ПР допускается монтировать в том числе и на наклонных крышах (до 25%).

Однако в строительстве их не менее широко применяют для формирования оконных проемов, усиления гаражных и ангарных ворот, в качестве жестких опор плитных перекрытий со слабой самонесущей способностью. Это универсальные изделия, которые могут полностью заменить железобетонные перемычки или ригели, если нагрузка на балки оказывается слишком большой.

Из-за немаленького веса и проведения работ на высоте требуется привлечение подъемной техники. Сопутствующие операции выполняют четверо рабочих: два такелажника внизу и строители в зоне установки ЖБИ. Балка укладывается горизонтально на цементный раствор с опиранием на стены, несущие колонны или ж/б подушки, создавая дополнительное ребро жесткости. Сверху формируется кровельный пирог или монтируются перекрытия из ж/б плит.

Стоимость

Прогоны изготавливают только на заводах согласно сериям чертежей ИИ-03-02, 1.225-2 и 1.225-1. Особые требования предъявляются к их армированию и выбору характеристик бетона в соответствии с назначением и размерами изделий. Так что залить их прямо на объекте, как плиту перекрытия, не получится – в любом случае придется искать, где купить балки по оптимальной стоимости.

На цену ЖБИ влияют размеры прогонов, то есть их материалоемкость. Свою роль играет марка арматуры и ее расход. Если же серийные ЖБИ по проекту не подходят, на заводе можно заказать нетиповые прогоны промежуточных размеров. Номенклатура таких изделий у производителей впечатляющая, так что отыскать нужные балки не составит труда.

Прогон	Масса, кг	Цена, руб/ед
Прямоугольного сечения
ПРГ 17.1.3-4	150	1 730
ПРГ 28. 1.3-4т	250	2 870
ПРГ 36.1.4-4	430	3 190
ПРГ 58.2.5-4	1 450	11 270
П40-28п	240	2 840
П40-36п	410	3 530
П40-60п	1 500	14 220
Таврового сечения
ПР 45.4.4-3	1 550	3 660
ПР 60.4.4-5	2 050	7 820

Отпуск балок с завода конечным потребителям строго регламентирует ГОСТ. На момент отгрузки прочность бетонной поверхности должна как минимум составлять 70 % от заявленной марки. В зимний период эти требования ужесточаются, поэтому ЖБИ прогоны отпускаются с характеристиками, на 90-100 % соответствующими проектным.

прогоны железобетонные

Прогоны — это горизонтальные конструктивные элементы покрытия здания или сооружения, опирающиеся на балки или фермы (основные несущие конструкции покрытия). По прогонам укладываются плиты или настил.

Прогоны изготавливаются из тяжелого бетона марки М-250 на сжатие, а для 6-метровых – М-350. Армирование пространственными стальными каркасами. 

Стандартная длина изделия, предусмотренная серией, может составлять 2,8; 3,2; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4 и 6 метров (см.таблицу ниже).

Наименование изделия	Размеры, мм			Вес,кг	Максимальная ширина проема, мм	Минимальное опирание, мм	Нагрузка,кгс/м2
	Длина	Ширина	Высота
ПРГ28.1,3-4т	2780	120	300	250	2420	180	4000
ПРГ32. 1,4-4т	3180	120	400	380	2820	180	4000
ПРГ36.1,4-4т	3580	120	400	430	3220	180	4000
ПРГ42.2,5-4т	4180	200	500	1050	3780	200	4000
ПРГ48.2,5-4т	4780	200	500	1200	4380	200	4000
ПРГ54. 2,5-4т	5380	200	500	1350	4980	200	4000
ПРГ60.2,5-4т	5980	200	500	1500	5580	200	4000

Под заказ возможно изготовление железобетонных прогонов и промежуточных размеров:
Все прогоны, выпускаемые АО «ТЖБИ-4» и соответствующие серии 1.225-2 вып. 11, 12:

Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Эскиз
От 1700 до 2800	120	300
От 2800 до 4000	120	400
От 4000 до 6000	200	500

Маркировка состоит из буквенно-цифровых групп, разделенных дефисом:

• 1-я группа содержит обозначение типа ПРГ- прогон прямоугольный и габаритные размеры (длина, ширина, высота в дм. ). 
• 2-я группа включает расчетную нагрузку без учета собственного веса (в тн/м) и класса используемой арматуры. 

Например, ПРГ 28.1.3-4т – железобетонный прогон прямоугольного сечения, длиной 2800 мм, шириной 100 мм, высотой 300 мм, несущая нагрузка – 4 т/м, тип бетона – тяжелый.

Рекомендуемое опирание составляет 180 мм для ширины 120 и 200 — для ширины 200. Данные размеры приведены с учетом использования опорных подушек в качестве подкладок.

 

 

Номенклатура	Цена за шт. с НДС	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Внутренний размер (диаметр) отверстия, мм	Вес, тн
Ж/б изделия	_-;-* # ##0,00_р_._-;_-* "-"??_р_._-;_-@_-» valign=»TOP»>
Прогоны ПРГ
ПРГ 28. 1.3-4АIII	1 924,00	2780	120	300		0,25
ПРГ 32.1.4-4АIII	2 867,00	3180	120	400		0,38
ПРГ 36. 1.4-4АIII	3 249,00	3580	120	400		0,43
ПРГ 38.2.5-4т	7 265,00	3780	200	500		0,95
ПРГ 40. 1.4-4АIII	3 669,00	3980	120	400		0,48
ПРГ 40.2.5-4т	7 650,00	3980	200	500		1
ПРГ 42. 2.5-4т	8 027,00	4180	200	500		1,05
ПРГ 45.2.5-4т	8 752,00	4480	200	500		1,12
ПРГ 48. 2.5-4т	9 336,00	4780	200	500		1,2
ПРГ 49.2.5-4т	9 531,00	4880	200	500		1,22
ПРГ 53. 2.5-4т	10 452,00	5280	200	500		1,32
ПРГ 56.2.5-4т	11 044,00	5580	200	500		1,4
ПРГ 60. 2.5-4т	11 836,00	5980	200	500		1,5
ПРГ 64.4.4-4т	20 313,00	6440	400	400		2,58

 

Балки с трещинами | FHWA

Изучение случая строительства моста Кейс в Вашингтоне, округ Колумбия, дает некоторые сведения о причинах такого рода разрушения конструкции.

Пять лет назад всплеск активности последовал за обнаружением неожиданной трещины в предварительно напряженных балках Мемориального моста Фрэнсиса Кейса, артериального сооружения, перекинутого через Вашингтонский канал реки Потомак в самом сердце столицы страны. Чтобы обеспечить безопасность пассажиров, Департамент транспорта округа Колумбия (DCDOT) при содействии Федерального управления автомобильных дорог (FHWA) немедленно начал стабилизацию треснувших балок и начал тщательное расследование для выяснения причины, прогноза и возможности конструкция может быть отремонтирована.

 

Мемориальный мост Фрэнсиса Кейса пересекает Вашингтонский канал реки Потомак в Вашингтоне, округ Колумбия.
Фотографии: Construction Technology Laboratories, Inc.

 

Мемориальный мост Фрэнсиса Кейса имеет восемь полос движения I-395 через одно русло реки Потомак в Вашингтоне, округ Колумбия, соединяя центр города с Потомакским парком. Обширная программа реабилитации, предпринятая в 1994 году, привела к замене подходных пролетов первоначального моста сборными предварительно напряженными железобетонными балками, выполненными сплошными на опорах.

Во время планового осмотра моста в 1998 году DCDOT и FHWA обнаружили большие вертикальные трещины на всю глубину на своде балок возле первой внутренней опоры. Трещины в бетоне были необычайной серьезности и неизвестного происхождения.

«Растрескивание в предварительно напряженных элементах, конечно, нежелательно, так как это может повлиять на безопасность, целостность и срок службы моста», — отмечает Джоуи Хартманн, инженер-исследователь из Исследовательского центра шоссейных дорог Turner-Fairbank. Хартманн помогал DCDOT с первоначальной проверкой проблемного моста. Проектные положения Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO) запрещают растрескивание предварительно напряженных бетонных конструкций под действием рабочих нагрузок.

На момент открытия многолетнее прикладное исследование, финансируемое FHWA, Бесшовные мосты с цельными опорами на предварительно напряженных балках только что было завершено. Данные этого исследования, наряду с адаптацией результатов предыдущих исследований производительности мостов из предварительно напряженного бетона, помогли оценить причину и серьезность проблемы растрескивания моста Кейс. Транспортное агентство округа Колумбия наняло консалтинговую фирму для проведения полевой инспекции и аналитической оценки, и консультант определил основную причину бедствия как ограничивающие условия для положительных моментов на причалах — подробнее об этом чуть позже.

В ходе расследования консультант выявил нетипичные загружения, которые обычно упускают из виду при проектировании и которые могут быть основной причиной таких отказов. «Эти конструкции подвержены нежелательному растрескиванию, вызванному непрерывностью, наблюдаемому на мосту Кейс», — говорит Адриан Сиолко, вице-президент консалтинговой фирмы Construction Technology Laboratories, Inc., Иллинойс. Он добавляет: «И, вопреки обычным методам проектирования, большая прочность не всегда лучше при проектировании непрерывных зон над опорами».

Исходная информация

Многолетнее исследование FHWA, которое готовится к публикации, систематически изучало характеристики конструкций, спроектированных в соответствии с широко используемой, но часто не совсем понятной концепцией изготовления железобетонных и стальных однопролетных балочных мостов, непрерывных для эксплуатации нагрузка. Традиционно однопролетные бетонные балки изготавливались неразрезными на промежуточных опорах для достижения двух ключевых целей: устранение соединений для сокращения затрат на техническое обслуживание и улучшения ходовых качеств, а также увеличение пропускной способности балки в середине ее пролета для наложенных гравитационных нагрузок.

Непрерывность приводит к возникновению отрицательных моментов (выпуклой вверх деформации) на промежуточных опорах из-за динамической нагрузки, что обычно устраняется путем усиления вблизи верхней поверхности монолитных диафрагм и плит на внутренних опорах.

AASHTO признает, что при определенных типах вторичных эффектов нагрузки, таких как ползучесть и усадка, также могут развиваться положительные моменты (вогнутая деформация вверх). Возможность положительных моментов на внутренних опорах кажется большинству инженеров нелогичной, поскольку большинство типов нагрузок, обычно применяемых к неразрезным балочным конструкциям, обычно вызваны гравитацией и создают отрицательные моменты на внутренних опорах. Расчет положительных моментов в этих местах обычно основан на борьбе с трещинами в области диафрагмы конструкции.

Как правило, инженеры склонны использовать эмпирические уравнения, схемы расчета, стандартные чертежи или эмпирические методы для проектирования арматуры с положительным моментом. В том же духе некоторые могут следовать философии «чем больше, тем лучше», которая предполагает, что предоставление большего подкрепления, чем требуется, считается «консервативным». Однако эта практика иногда может приводить к неожиданным, а иногда и пагубным последствиям, как это было обнаружено на Case Bridge.

Серьезное растрескивание

Мост Кейс состоит из пяти пролетов с предварительно напряженными бетонными балками над Потомакским парком, за которыми следуют многочисленные стальные многобалочные пролеты через пролив Вашингтон реки Потомак. Пять преднапряженных железобетонных пролетов, протянувшиеся от южного абатмента к южному краю канала Вашингтон, обозначены буквами от «А» до «Е» и состоят примерно из 18–20 предварительно напряженных балок стандарта AASHTO типа III с простыми пролетами. Однопролетные балки были сделаны непрерывными для временных нагрузок с помощью монолитного легкого бетонного настила толщиной 216 миллиметров (8,5 дюймов) на несъемных опалубках и монолитной диафрагмы. Пролеты A и B были преобразованы в двухпролетные неразрезные балки, а пролеты C, D и E были преобразованы в трехпролетные неразрезные балки.

Во время плановой проверки DCDOT обнаружил серьезные вертикальные трещины, прилегающие к промежуточной опоре у пирса B, на восьми внутренних предварительно напряженных балках пролетов A и B. Наблюдаемые трещины были в основном вертикальными и проходили по всей ширине нижней полки балки, а в некоторых случаях и на всю высоту балки.

 

Одна из самых больших трещин.

 

Сильное растрескивание и выкрашивание одной из промежуточных диафрагм.

 

Ширина трещин варьировалась от 5 миллиметров (0,02 дюйма) до почти 29 миллиметров (1,125 дюйма) на сформированной поверхности бетона, при этом самая широкая трещина находилась примерно в 1,4 м (4,5 фута) от конца балки у причала B. . Ко времени визита консультанта Департамент транспорта округа Колумбия уже укрепил потрескавшиеся балки стальными колоннами. Внешние шесть балок по обе стороны от балок с трещинами не показали видимых трещин в поперечном сечении балки. Однако в областях диафрагмы этих балок наблюдалось сильное растрескивание и отслоение.

Растрескивание, особенно в поперечном сечении балки, имело необычную силу и неизвестное происхождение и не совпадало с общепризнанным разрушением, вызванным нормальной нагрузкой на изгиб или сдвиг. Однако, прежде чем пытаться решить проблему, необходимо понять, почему произошло растрескивание. Исследование бесшовных мостов, финансируемое FHWA, обеспечило теоретическую и экспериментальную основу для выявления причины проблемы.

Полевая проверка и оценка сопутствующих проблем

Консультант провел углубленную полевую инспекцию и оценку, чтобы создать базовый профиль состояния поврежденных балок и получить подробную конкретную информацию о степени и вероятных причинах повреждения. Полевая информация, собранная консультантом, включала ширину и длину трещин, изгибы и изгибы, температурные градиенты, фактические коэффициенты ползучести и коэффициент теплового расширения.

 

Крупный план гидравлического временного опорного домкрата.

 

В частности, консультант собрал эти исходные данные, выполнив следующие действия:

• Картирование трещин и подробные измерения трещин для определения параметров роста, окружающей среды и нагрузки, влияющих на изменения ширины трещины, а также крайних пределов ширины трещины. .
• Термические измерения для определения фактических изменений температуры окружающей среды на объекте и дифференциальных температурных градиентов для аналитической оценки вторичных удерживающих моментов в местах образования трещин.
• Измерения кривизны для сопоставления изменений деформации балки с тепловыми измерениями. Кроме того, данные кривизны, измеренные в полевых условиях, в сочетании с данными кривизны, заархивированными с момента изготовления балки, использовались для оценки окончательного коэффициента ползучести балки.

  балки.

• Осмотр посадочного места балки и осмотр опор и подшипников для определения условий закрепления и исключения возможности перемещения или осадки опор как причины.
• Образец бетонного керна для определения коэффициента теплового расширения бетона перекрытия, диафрагмы и балки. Эти значения были использованы для аналитической оценки теплового и дифференциального теплового воздействия на поведение конструкции.

Оценка сопутствующих проблем

Аналитическая оценка, основанная на исследованиях бесшовных мостов, спонсируемых FHWA, и измеренных значениях ползучести, усадки и дифференциального термического анализа, показала, что существует большой потенциал для наблюдаемого растрескивания и повреждений при определенные комбинации дифференциальных тепловых нагрузок, свойств ползучести и усадки бетона.

Одним из менее понятных и часто упускаемых из виду вопросов при проектировании однопролетных предварительно напряженных сборных балок, выполненных непрерывными для временных нагрузок, является влияние вторичных моментов на характеристики конструкции. Преобразование свободно опертой балки, которая не имеет концевых ограничений и может свободно деформироваться, в неразрезную балку приводит к введению ограничений в конструктивную систему. В результате возникают моменты и сдвиги, вызванные защемлением из-за нагрузки или воздействия окружающей среды. Эти моменты и сдвиги обычно называют «вторичными» эффектами.

Конкретные эффекты нагрузки, представляющие интерес для исследования Case Bridge, представляли собой положительные вторичные моменты, то есть те нагрузки, которые вызывают растягивающие напряжения и потенциальное растрескивание на потолке балок на промежуточных опорах. Величина положительного момента контролируется количеством положительного армирования, предусмотренного на опорных диафрагмах. Обеспечивая большое количество положительного момента в диафрагмах, проектировщики непреднамеренно делают область диафрагмы более прочной, чем соседние секции балки, тем самым вызывая растрескивание в гораздо более критических, но более слабых областях пролета балки.

Аналитическое исследование показало, что большие положительные моменты, возникающие на Кейс-Бридже, в первую очередь связаны с ограничением, обеспечиваемым усилением положительного момента. «Кроме того, мы предположили, что компромисс в свойствах сцепления предварительно напряженных прядей или другие факторы, такие как наличие смазочных материалов, также могли снизить эффективную силу предварительного напряжения в конце арматуры с положительным моментом в поперечном сечении балки», — говорит Чиолко. , «таким образом создавая необычно слабую секцию, подверженную растрескиванию под действием приложенных моментов».

На фермах, не имевших трещин по пролету, трещины и выкрашивания возникали в областях диафрагм. «Мы пришли к выводу, что несоответствующие нахлесты арматуры с положительным моментом, а также растрескивание и растрескивание в области диафрагмы привели к ослаблению ограничений в опорах», — говорит д-р Ральф Остерле, руководитель программы консалтинговой фирмы по исследованию бесстыкового моста, финансируемого FHWA. исследование, «таким образом предотвращая появление трещин в пролетах этих балок».

Возможные проблемы усталости

Перепады температур между верхом и низом конструкции моста подвергают предварительно напряженные балки циклам воздействия различных ограничивающих моментов, что приводит к открытию и закрытию трещин. Это действие концентрирует напряжения в предварительно напряженных нитях, которые пересекают трещину, что может привести к двум различным механизмам деградации. В первом механизме изменение напряжения может удлинить отслоившиеся поверхности прядей, прилегающих к поверхностям трещин, уменьшая доступное предварительное напряжение в других участках и инициируя дополнительные трещины изгиба по обе стороны от существующих трещин. В этом случае пряди будут испытывать меньшие колебания в диапазоне напряжений. В другом механизме связь может оставаться неповрежденной, в то время как пряди могут испытывать более высокие колебания напряжения и сокращаться усталостная долговечность. В любом случае срок службы конструкции потенциально может быть сокращен.

Концептуальные варианты восстановления

Первоочередной задачей было немедленное укрепление всех балок, которые были треснуты или имели неизбежный потенциал для подобных повреждений. На момент осмотра консультантом большая часть балок уже была закреплена. Консультант рекомендовал, чтобы дополнительные балки, подверженные подобным повреждениям, были закреплены, чтобы обеспечить немедленную безопасность конструкции. «Этот подход позволил DCDOT использовать другие, более надежные варианты постоянной реабилитации в ожидании наличия достаточного финансирования», — говорит Хартманн из FHWA.

Еще одна проблема, которую необходимо было решить перед проектированием модернизации, заключалась в устранении или минимизации первопричины первоначальной неисправности. Хотя большинство балок не треснули, деталь положительного момента на опорах могла создать существенное ограничение в будущем, тем самым вызывая растрескивание, подобное тому, что уже произошло.

«Ввиду этой проблемы мы сочли целесообразным рекомендовать модификацию деталей соединения с положительным моментом, исключив или уменьшив количество арматурных стержней с положительным моментом в области диафрагмы», — говорит Остерле. Уменьшение уменьшило бы способность к положительному моменту на диафрагме, тем самым уменьшив величину возможного ограничения. Таким образом, трещина должна образоваться в области положительного момента диафрагмы, а не в сечении балки.

 

На этих схемах показаны деформации, если пролеты остаются простыми, и ограничивающие моменты, если они сделаны непрерывными. На второй схеме показаны положительные и отрицательные второстепенные моменты, вызванные сдерживанием.

 

В дополнение к немедленному креплению и изменению деталей усиления с положительным моментом, треснувшие балки необходимо будет заменить или отремонтировать для обеспечения общественной безопасности в долгосрочной перспективе. DCDOT недавно инициировал проект по изучению вариантов восстановления способности поврежденных балок к сдвигу и изгибу. Объем проекта включает в себя исследование нескольких методов внешнего постнатяжения с использованием композитных волокнистых оберток, постоянных подпорок и возможной замены балок. Когда будет выбран наиболее целесообразный метод, будут изучены варианты заключения контракта на выполнение ремонта.

В заключение важно отметить, что это, казалось бы, простое преобразование предварительно напряженных балок с простыми пролетами в неразрезные пролеты следует проводить с осторожностью, и при анализе и проектировании необходимо уделять значительное внимание условиям нагружения, которые могут привести к нелогичному поведению, такому как как второстепенные положительные моменты у причалов. Что еще более важно, арматура с положительным моментом должна быть спроектирована и детализирована таким образом, чтобы любое растрескивание, если оно произойдет, было ограничено относительно менее критической областью диафрагмы этого типа конструктивной системы.

---

Никет М. Теланг, ЧП , старший инженер компании Construction Technology Laboratories, Inc., а также руководитель проекта по оценке моста Case. Он имеет более чем 10-летний опыт проектирования мостов и руководил несколькими проектами по исследованию, осмотру, оценке, восстановлению и проектированию мостов. В настоящее время он является главным исследователем проекта NCHRP 10-64 «Полевая проверка находящихся в эксплуатации мостовых настилов из стеклопластика», а в прошлом руководил проектом NCHRP 10-43 «Инспекция, оценка и техническое обслуживание подвижных мостов». Теланг получил степень бакалавра. и М.С. степени в области гражданского строительства Технического института Виктории Джубили (Бомбейский университет) и Политехнического института и государственного университета Вирджинии соответственно.

Армин Мехраби, доктор философии, ЧП , старший главный инженер компании Construction Technology Laboratories, Inc., принимал активное участие в оценке проекта Case Bridge. Он возглавляет деятельность компании по проектированию длиннопролетных мостов, уделяя особое внимание использованию инновационных методов оценки и осмотра мостов. В 1997 году Мехраби был выбран одним из 25 лучших ньюсмейкеров журнала Engineering News-Record за его вклад в разработку неразрушающих методов оценки вантовых мостов. Он получил степень магистра и доктора гражданского строительства в Тегеранском университете и Колорадском университете в Боулдере соответственно.

---

Ссылки

1. Остерле, Р. Г., Табатабаи, Х., Лоусон, Т. Дж., Рафаи, Т. М., Волц, Дж. С., Скэнлон, А. Бесшовные мосты и мосты с цельными опорами — сводный отчет, окончательный отчет, представленный отделом строительства Технологические лаборатории FHWA, контракт № DTFH61-92-C-00154, 2002 г. (будет опубликован).
2. Остерле, Р. Г., Табатабай, Х., Лоусон, Т. Дж., Рефаи, Т. М., и Волц, Дж. С., «Обзор исследования, спонсируемого FHWA, по бесшовным мостовидным протезам», Материалы семинара FHWA по мостовидным протезам с цельными абатментами, Питтсбург, 12-15, 19 ноября96.
3. «Стандартные спецификации для автомобильных мостов, 17-е издание», Американская ассоциация государственных служащих, занимающихся вопросами автомобильных дорог и транспорта, 2002 г.
4. Теланг, Н.М., и Мехраби, А.Б., «Оценка конструкции корпуса корпуса», отчет для Legion Design/Campbell & Associates, Inc. и DCDOT, январь 2002 г.
5. «Технические требования к конструкции моста AASHTO LRFD, 2-е издание», Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта, 1998 г.

Предварительно напряженные железобетонные балки | Энциклопедия МДПИ

Методы предварительного напряжения применялись для строительства большепролетных мостов в последние несколько десятилетий. Для их обслуживания в основном были разработаны динамические неразрушающие методики выявления потерь предварительного напряжения, поскольку от эффективного состояния предварительного напряжения зависит работоспособность и безопасность предварительно напряженных железобетонных (ПК) ферм. Фактически, значительные долгосрочные потери предварительного напряжения могут вызвать чрезмерные прогибы и растрескивание балок моста из поликарбоната. Однако существуют старые нерешенные проблемы, поскольку изменение силы предварительного напряжения не оказывает существенного влияния на вибрационные реакции таких балок из поликарбоната. В результате это делает неопределенным использование собственных частот в качестве подходящих параметров для определения потери предварительного напряжения. Таким образом, среди новых методов статическая идентификация, основанная на вертикальных отклонениях, предварительно зарекомендовала себя как надежный метод. Фактически, измеренные вертикальные прогибы точно и мгновенно учитывают изменения конструктивной геометрии PC-ферм из-за потерь при предварительном напряжении. Учитывая текущее состояние методологий, рукопись представляет собой современный обзор некоторых важных работ по определению потерь предварительного напряжения. Основное внимание сосредоточено на статическом неразрушающем методе и проводится сравнение с динамическими.

мост частота метод неразрушающего контроля (НК) балка из предварительно напряженного бетона (ПК) потеря предварительного напряжения измерение вертикального отклонения

1.

Введение

Первые применения методов предварительного напряжения в бетонных конструкциях относятся к первой половине 20 века. Сегодня предварительное напряжение широко используется во многих областях, от небольших элементов, таких как железнодорожные шпалы, до более важных конструкций, таких как мосты, длинные и легкие сборные перекрытия и элементы кровли для конструкций. Эксплуатируемость и безопасность конструкций из предварительно напряженного бетона (ПК) зависят от эффективного состояния силы предварительного напряжения ^[1] . Фактически, методы предварительного напряжения в основном используются для уменьшения прогибов и частичного уравновешивания действия постоянных и временных нагрузок в случае мостов ^[2] . В результате крайняя потеря предварительного напряжения может привести к чрезмерным прогибам или поставить под угрозу работу балок из поликарбоната с большим пролетом, указывая на явления растрескивания ^[3] . По этой причине в значительной степени разрабатываются устройства и динамические подходы, способные определять потери предварительного напряжения. В частности, методы динамического мониторинга состояния конструкции (SHM) также создаются для целей выявления повреждений на основе вибрационных откликов пролетных балок, что предотвращает техническое обслуживание, ремонт или замену моста ^{[4] [5] [6]} . Методы обнаружения повреждений также хорошо разработаны с использованием различного оборудования и методов, таких как, например, припаркованные транспортные средства, вызывающие изменение частоты ^[7] , длинная волоконная брэгговская решетка (ВБР) ^[8] или данные гибридных вибрационных испытаний ^[9] . Таким образом, можно контролировать рабочее состояние мостов. Тем не менее, потери предварительного напряжения могут быть непосредственно, просто и точно определены с течением времени, если во время строительства внутренние напряжённые элементы поликарбонатных балок измеряются тензодатчиками, вибропроволочными тензодатчиками или упруго-магнитными датчиками ^{[10] [11] [12] [13]} . Кроме того, датчики ВБР могут быть встроены в семипроволочные пряди вдоль ПК-ферм для длительного контроля растягивающих усилий ^{[14] [15]} . Хотя инструментальная обработка наружных сухожилий проста во время их исправности, требуются методы неразрушающего контроля (НК). Тем не менее, что касается влияния предварительного напряжения на динамику ПК-ферм, дискуссия все еще продолжается.

В нормах проектирования имеется несколько процедур и уравнений для прогнозирования потерь предварительного напряжения. Согласно ACI 318-2019 ^[16] и PCI DH ^[17] , можно рассчитать разумные оценки. Для необычных условий проектирования и специальных конструкций можно рассмотреть более подробную процедуру, установленную PCI CPL ^[18] . AASHTO LRFD ^[19] принял новые процедуры, поскольку предыдущие методы потери предварительного напряжения приводили к нереалистичным применениям с высокопрочным бетоном. Однако стандартные спецификации AASHTO ^[20] остаются в соответствии с AASHTO LRFD ^[21] . PCI BDM ^[22] включает методы стандарта AASHTO ^[20] и LRFD ^[21] .

Серия исследований была проведена для измерения потерь предварительного напряжения в балках из поликарбоната и для сравнения их с оценками норм проектирования. Среди этих работ есть лабораторные испытания старых балок ПК, снятых с существующих мостов, и эксперименты, включающие изготовление, испытания и полевой мониторинг элементов ПК, находящихся в эксплуатации. Таблица 1 из ^[23] и Таблица 6 в ^[24] обобщают обширный обзор литературы по ссылкам, идентификации членов ПК (тип, старое время), месту тестирования, используемой экспериментальной методике, времени исследования и измеренным потерям. Как видно из этих таблиц, измеренные потери предварительного напряжения в некоторых случаях превышали прогнозируемые проектными нормами. С другой стороны, измеренные потери предварительного напряжения, которые соответствовали значениям, ожидаемым нормами, были получены в балках из поликарбоната, которые превысили допустимый предел напряжения сжатия 9. 0166 [25] . Чтобы решить эту проблему, Caro et al. ^[26] использовали метод ECADA+ ^[27] для измерения эффективных усилий предварительного напряжения в ряде образцов поликарбоната в течение более 1 года и, следовательно, сравнивали результаты с потерями предварительного напряжения, оцененными по нескольким кодам. Хотя предсказания, основанные на коде проектирования, можно считать вполне удовлетворительными, они очень консервативны ^[28] . Соответственно, возникают трудности в определении потерь предварительного напряжения, связанных с факторами, включающими, среди прочего, предположения о свойствах систем предварительного напряжения и явлениях, зависящих от времени, таких как длительные процессы деградации, релаксация напрягаемых элементов, ползучесть и усадка бетона, а также параметры реальная среда ^{[29] [30]} .

Учитывая текущее состояние количественных и принципиальных методологий, эта статья представляет собой современный обзор некоторых важных исследовательских работ, проведенных во всем мире по определению потерь предварительного напряжения в балках из поликарбоната. Сначала рассматриваются лабораторные, численные исследования и методы испытаний. Во-вторых, в статье основное внимание уделяется статическому методу НК, и проводится сравнение с динамическими, поскольку существуют старые нерешенные проблемы, а также новые проблемы, поскольку изменение силы предварительного напряжения не оказывает существенного влияния на вибрационные реакции ПК-ферм. Следовательно, это делает неопределенным использование собственных частот в качестве подходящих параметров для определения потери предварительного напряжения. Таким образом, среди новых методов статическая идентификация, основанная на вертикальных отклонениях, предварительно зарекомендовала себя как надежный метод с целью стать доминирующим подходом к тестированию в ближайшем будущем. Фактически, измеренные вертикальные прогибы точно и мгновенно учитывают изменения конструктивной геометрии PC-ферм из-за потерь предварительного напряжения в условиях равновесия, в свою очередь вызванных комбинированными эффектами релаксации напрягаемой арматуры, ползучести и усадки бетона, а также параметров реальная окружающая среда, например, температура и относительная влажность. Комментарии и рекомендации даны в соответствующих местах, а заключительные замечания, включая будущие исследования и полевые разработки, упоминаются в конце статьи.

2. Статические методы неразрушающего контроля

Среди методов, основанных на вибрации, статическая идентификация с использованием вертикальных отклонений зарекомендовала себя как надежный метод определения осевой силы в балочных элементах. Действительно, измеренные вертикальные прогибы точно учитывают изменения конструктивной геометрии элементов из-за изменений осевой силы в условиях равновесия. ^[36]  (а,б). Экспериментальное моделирование также проводилось на элементах, принадлежащих пространственным каркасам и фермам 9.0166 [37] ^{[38] [39]} . Аналогично, Bonopera et al. ^[40]  подтвердили возможность оценки силы предварительного напряжения в поликарбонатной балке с использованием вертикальных прогибов, измеренных с помощью испытаний на трехточечный изгиб. Также стоит отметить, что этот подход принимает только статические параметры, поэтому, в отличие от методов на основе вибрации, не требует выбора экспериментальных данных для использования в алгоритмах.

Рис. 1. Статические методы неразрушающего контроля, предложенные Tullini et al. ^{[33] [34]} : ( a ) чугунные диски, подвешенные на опорной балке; ( b ) расположение циферблатных индикаторов для измерения вертикального отклонения во время экспериментального моделирования. Copyright © 2012, 2013 Elsevier Ltd. Перепечатано с разрешения.

2.1. Краткая информация о работах, проведенных Bonopera et al. (2018)

Статический подход изначально был разработан для определения осевой силы в сжатых стальных балках ^[35] . Впоследствии он был использован для определения усилий предварительного напряжения в балках PC 9.0166 [40] . В этом последнем случае эталонная модель состояла из свободно опертой балки Эйлера-Бернулли шириной 250 мм, высотой 400 мм и длиной L 6,62 м, изготовленной из высокопрочного бетона и предварительно напряжённой прямым несвязанным узлом, где сила предварительного напряжения N принималась как внешняя сжимающая сила, эксцентрично приложенная к концевым ограничениям N e (a). Поперечный секундный момент площади сечения балки ПК I был равен 1,3333 × 10 ⁹ мм ⁴ . Кроме того, прогиб v ⁽¹⁾ вдоль вышеупомянутой модели балки с точностью 0,01 мм был правильно аппроксимирован путем умножения соответствующего прогиба первого порядка на «коэффициент увеличения» эффектов второго порядка, т.е. по теории «сжатие-размягчение» ^{[31] [32] [41]}  (б).

Рисунок 2.  Эталонная модель ПК-балки [80]: ( a ) кривая прогиба v ⁽⁰⁾  после приложения эксцентриковой силы предварительного напряжения N; ( b ) кривая прогиба v ⁽¹⁾  после приложения вертикальной нагрузки F к кривой прогиба v ⁽⁰⁾ . Пунктирные линии представляют начальные кривые прогиба. Copyright © 2018, World Scientific Publishing Co. Pte Ltd. Перепечатано с разрешения.

Эксперименты на образце поликарбонатной балки, имеющей указанную выше испытательную конфигурацию (а, б), были организованы в лаборатории Национального центра исследований в области инженерии землетрясений (NCREE) Тайбэя, Тайвань ^[40] , где в 2015 году началась исследовательская программа, основанная на тестировании не взломанных прототипов элементов моста ПК (). Все геометрические размеры проверялись лазерным дальномером и штангенциркулем с допуском 0,01 мм после закрепления балки ПК на простых опорах. Во-первых, измерения деформированной формы v ⁽¹⁾ вдоль его пролета, полученные в результате 27 испытаний на трехточечный изгиб с различными приложенными силами предварительного напряжения N, измеренные датчиком нагрузки, размещенным на обоих концевых ограничениях ^[42] , были проверены на предмет проверить точность предположений модели балки (б). Пролет образца балки ПК был специально приспособлен для краткосрочного измерения таких форм статического отклонения с точностью до 0,01 мм с помощью набора датчиков смещения. Температура и относительная влажность реальной среды пучка ПК не фиксировались непрерывно во время испытаний. Во-вторых, на основе формулы «коэффициент увеличения» теории «сжатие-размягчение» ^{[31] [32] [41]} , определения силы предварительного напряжения получены по двум сериям вертикальных прогибов v ⁽¹⁾ , то есть зарегистрированных на квартал v ₂ ⁽¹⁾  и в середине v ₄ ⁽¹⁾  балки ПК соответственно. Кроме того, требовалась информация об изгибной жесткости ПК-балки. В частности, средние значения модуля упругости хорды E _aver высокопрочного бетона с точностью до 1 МПа были оценены путем испытаний на сжатие серии цилиндров, отлитых одновременно из ПК-балки 9.0166 [43] для определения его прироста, вызванного уплотнением/твердением бетона во времени ^[44] .

Рис. 3. Испытания на трехточечный изгиб балки PCI, проведенные в лаборатории NCREE, Тайвань ^[45] : ( a ) испытательный стенд в помещении; ( b ) применение системы измерения уровня жидкости ВБР-дифференциального измерения осадки (DSM) для измерения вертикального отклонения вдоль пролета. Copyright © 2019 Elsevier Ltd. Адаптировано с разрешения.

2.2. Определения силы предварительного напряжения, полученные Bonopera et al. (2018)

 перечислены определения силы предварительного напряжения N _a  , полученные с использованием вертикальных отклонений v ₂ ⁽¹⁾  и соответствующие экспериментальные значения Ψ = F L ³ /E _aver  I in Уравнение (8а) (Тест 1), а также вертикальные отклонения v ₄ ⁽¹⁾ и соответствующие параметры Ψ в уравнении (8b) (тест 2) соответственно. Уравнения (8a) и (8b) проиллюстрированы Bonopera et al. ^[40] . В частности, девять тестовых комбинаций представляют собой наилучшие определения силы предварительного напряжения среди трех выполненных повторных тестов. В качестве параметра в процессе идентификации использовали хордовый модуль упругости E _aver высокопрочного бетона для каждого дня проведения экспериментов. Вместо этого соответствующие вертикальные отклонения первого порядка оценивались по уравнениям (4a) и (4b), как аналогично сообщалось в Bonopera et al. ^[40] . дополнительно показывает соответствующие процентные ошибки Δ = (N _a  — N) / N. В целом, плохие оценки N _a  были получены, когда было задано предварительное напряжение N, равное 617 и 620 кН (а, б). Наоборот, комбинации испытаний с предварительным напряжением, вызывающие эффекты второго порядка, превышающие 6,5%, то есть при N ≥ 721 кН, обеспечили превосходную идентификацию сил предварительного напряжения N _и . Фактически, в этом последнем случае ошибки оценки были ниже по абсолютной величине, чем 6,1%.

Анализ чувствительности был разработан для определения силы предварительного напряжения на основе уравнений (8a) и (8b). Вертикальные отклонения v ₂ ⁽¹⁾  и v ₄ ⁽¹⁾ , рассчитано с точностью до 0,01 мм по уравнениям (3a) и (3b), приведенным в Bonopera et al. ^[40] , а параметр Ψ был изменен для получения возможных экспериментальных ошибок. В частности, прогибы v ₂ ⁽¹⁾ , v ₄ ⁽¹⁾ и Ψ были попеременно умножены на 0,99 и 1,01, чтобы воспроизвести 14 комбинаций смоделированных значений для девяти различных предполагаемых сил предварительного напряжения N. Среднее значение значение приложенных вертикальных нагрузок, F _aver  = 22,6 кН (б), учитывалось при расчетах. изображает сравнение между наихудшими определенными N _a и предполагаемыми значениями N, проведенное с использованием вертикальных отклонений v ₂ ⁽¹⁾ и v ₄ ⁽¹⁾ , оба из которых дали постоянную ошибку около ±107 кН. На основании всех полученных результатов установлено благоприятное соответствие между аналитическим N и экспериментальными определениями силы предварительного напряжения N _a при прогибах середины пролета v ₄ ⁽¹⁾  были учтены.

Рисунок 4.  Определение силы предварительного напряжения N _и  на основе ( a ) уравнения (8a) (испытание 1) и ( b ) уравнения (8b) (испытание 2). Символы + относятся к сравнению между определенными N _и и измеренными значениями силы предварительного напряжения N для всех 27 комбинаций испытаний. Пунктирные линии с символом × представляют результаты анализа чувствительности.

3. Заключительные замечания

Современный обзор некоторых важных исследовательских работ, проведенных во всем мире по определению потерь предварительного напряжения в стальных фермах, позволил проанализировать различную информацию и проследить будущие разработки. В некоторых источниках утверждается, что изменение силы предварительного напряжения не оказывает существенного влияния на вибрационные реакции балок из поликарбоната. Соответственно, это делает неопределенным использование собственных частот в качестве подходящих параметров для определения потери предварительного напряжения. Наоборот, большинство лабораторных работ показывают небольшой прирост собственных частот при увеличении силы предварительного напряжения. Такое поведение связано с механикой бетона и является основным следствием эффекта закрытия трещин и микротрещин вдоль балок ПК. Однако методы идентификации на основе вибрации требуют точного выбора формы колебаний, поскольку разные собственные частоты обеспечивают разную степень точности при оценке силы предварительного напряжения.

Принимая во внимание эти характеристики, в рукописи основное внимание уделялось методу статического неразрушающего контроля, предварительно предложенному Bonopera et al. ^[40] с помощью лабораторного моделирования на образце ПК-балки без трещин. Процедура позволяет точно и мгновенно определить действующую силу предварительного напряжения с помощью измерений вертикального отклонения с точностью до 0,01 мм в реальных условиях окружающей среды ^{[46] [47]} . Точность оценки улучшилась при воздействии на ПК-балку большой силы предварительного напряжения и, кроме того, при учете прогибов в середине пролета. Необходима также информация, касающаяся изгибной жесткости исследуемой ПК-балки. В связи с этим, среднее значение модуля упругости хорды с точностью до 1 МПа должно быть оценено путем испытаний на сжатие набора бетонных стержней, просверленных вдоль его пролета, во время измерения прогиба. Кроме того, метод статического НК не требует непосредственного измерения силы натяжения в сухожилии и, в большинстве случаев, в отличие от динамического НК, не требует отбора экспериментальных данных для использования в алгоритмах ().

В заключение, чтобы сделать метод НК применимым на месте, дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на измерении вертикальных прогибов, вызванных испытаниями на изгиб с нагрузкой транспортного средства вдоль балок моста из поликарбоната ^{[48] [49] [50]} , в которых их связанная жесткость должна оцениваться с неизвестными граничными условиями.