Дорожные одежды из железобетонных плит: Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд

Типовые конструкции усиления и увеличения сроков службы дорожных одежд. Автодорожное строительство

Наиболее распространенными проблемами в дорожном строительстве являются колейность и образование трещин в асфальте. Только современные проекты дорог и качественные дорожно-строительные материалы не всегда могут способствовать решению этой проблемы, существенно уменьшающей эксплуатационный срок дорожного покрытия и увеличивающей расходы на содержание и ремонт.

Конструкция дорожной одежды с покрытием из железобетонных плит

На дорогах общего пользования со сборными покрытиями из железобетонных плит необходимо предусматривать укрепленное основание. Использование объемной решетки ГЕО ОР для укрепления основания под сборное покрытие из плит позволяет увеличить несущую способность основания и уменьшить трещинообразование в покрытии от динамического воздействия транспорта. Также использование объемной решетки позволяет обеспечить проезд построечного транспорта по песчаному слою при устройстве основания под сборное покрытие из плит.

Конструкция дорожной одежды  с асфальтобетонным покрытием на сборном основании из плит

При укладке асфальтобетона на основание из плит, во избежание появления отраженных трещин, толщина слоев асфальтобетона должна быть не менее 20 см. При этом возможно сокращение толщины асфальтобетонного покрытия при условии использования в качестве трещинопрерывающей прослойки полиэфирной геосетки с подложкой из геотекстиля Армостаб-Асфальт. в местах стыка плит рекомендуется прерывистое армирование нетканым геотекстильным материалом МИАКОМ, пропитанным битумом. Трещинопрерывающие ленты из нетканого геотекстиля МИАКОМ снижают напряжения в асфальтобетоне в зоне контакта с основанием из железобетонных плит и облегчает работу геосетки по сдерживанию роста отраженных трещин.

Конструкция дорожной одежды переходного типа

Для увеличения несущей способности конструкции дорожной одежды используется объемная георешетка ГЕО ОР 20.20 (20 – условная диагональ ячейки в см; 20 – высота ребра георешетки в см) с заполнением ячеек щебнем. в результате армирования модуль упругости слоя щебня увеличивается в 1,5 – 2 раза, что позволяет повысить прочности и сдвигоустойчивость конструкции дорожной одежды.

Конструкция дорожной одежды капитального типа

Армирование зернистых сред геосетками ограничивает передачу касательных напряжений на подстилающий слой и приводит к изменению напряженного состояния в грунте: уменьшению главных вертикальных напряжений, снижению максимальных активных сдвигающих напряжений; прочность конструкции по сдвигу в грунте возрастает при армировании до 60%, а упругий прогиб до 15%.

Для разделения слоев, имеющих различную крупность, необходимо их разделение. Геотекстильная прослойка МИАКОМ Т-200, уложенная между слоем песка и грунтом основания, препятствует прониканию тонких частиц грунта в поры мелкозернистого слоя или погру-жению частиц песка в грунт основания под действием повторных нагрузок и вибрации. Также геотекстиль выполняет функции капилляро-прерывающей и фильтрационной прослойки.

Конструкция жесткой дорожной одежды

Для укрепления основания под монолитным цементобетонным покрытием устраивается слой песка средней крупности, армированный объемной георешеткой ГЕО ОР 20.10 (20 — условная диагональ ячейки в см; 10 — высота ребра решетки в см). Использование объемной решетки ГЕО ОР позволяет увеличить несущую способность основания и уменьшить трещинообразование в покрытии от динамического воздействия транспорта.

Конструкция дорожной одежды при реконструкции цементобетонного покрытия

При укладке нового асфальтобетонного покрытия на старое цеметобетонное для предупреждения образования отраженных трещин рекомендуется устройство трещинопрерывающей прослойки из полиэфирной геосетки с подложкой из геотекстиля Армостаб-Асфальт П 50/50-40(530).

Армирование асфальтобетона геосетками позволяет консервировать отраженные и сокращать количество температурных трещин, бороться с колейностью, сдвигами и наплывами в покрытии. Получаемый в результате армирования асфальтобетонных покрытий эффект выражается в продлении сроков службы, повышении эксплуатационной надежности дорожных конструкций, снижении эксплуатационных затрат, улучшении транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог.

Предупреждение трещин при уширении проезжей части автомобильной дороги

При уширении проезжей части автомобильной дороги в месте примыкания образуется зона ослабления, которая в последствие будет способствовать образованию трещины отрыва. Во избежание перенапряжений и деформаций в зонах «скачка жесткости» — на примыкании уширяемой части автодороги к существующей — рекомендуется укладка полиэфирной геосетки с подложкой из геотекстиля Армостаб-АсфальтП между слоями асфальтобетона с выпуском геосетки на существующую дорожную одежду на ширину до 2 м. Для дополнительной устойчивости откоса уширяемой части предлагается устройство замкнутой обоймы из геокомпозита Армостаб-ГрунтИ или высокопрочной геоткани Армостаб. 

Конструкция дорожной одежды  для стоянок грузового автотранспорта

Для стоянок грузового автотранспорта предлагается конструкция дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном основании. Геосетка Армстаб-Асфальт П 50/50-40(530) армируют асфальтобетон за счет перераспределения вертикальных нагрузок и напряжений в слоях асфальтобетона, а также снижают активные местные напряжения. Поверхность материала сетки составляет 5% от общей площади и за счет этого геосетка не нарушает сцепление слоев асфальтобетона. в свою очередь, подложка из геотекстиля пропитана битумом, что увеличивает адге-зию геокомпозита и асфальтобетонных слоев. Применение геосетки предупреждает образование отраженных трещин на поверхности покрытия.

Для сокращения толщины слоя щебня укладывается полиэфирная геосетка Армостаб-АР2 80/80-50(530), выполняющая роль армирующей и разделяющей прослойки. Для исключения взаимоперемешивания слоев, имеющих раз-личную крупность, между слоем песка и грунтом основания укладывается термоскрепленный геотекстиль МИАКОМ Т-200.

Конструкция дорожной одежды для стоянок  особо тяжелых транспортных средств (с нагрузкой на ось 16 т)

Дорожные одежды с покрытием из сборных железобетонных плит для временных дорог промышленных предприятий. Серия 3.503.1-93. выпуск1.

1.1   Железобетонные плиты для сборных покрытий

временных автомобильных дорог промышленных предприятий. Серия 3.503-17 выпуск 1.

Изделия для дорожного строительства

Производство ПромСтройКонструкции предлагает широкий ассортимент изделий для строительства железных дорог, загородных автомобильных дорог и городских улиц, а также большое количество изделий для благоустройства городских территорий и объектов различного назначения.

Дорожной плиты, ГОСТЫ, СНиП | Железобетонные каркасы

     Дорожное строительство берет свое начало с древних времен, поэтому подходы к реализации имеют крайне широкую историю. Например, первым подобием современных железобетонных плит являются древесные породы, которые на схожий манер укладывались друг на друга в виде перекладин. Для этого чаще всего использовался: ясень, дуб, липа с дубовым настилом.

     Первым следы подобного дорожного строительства была зафиксированы в XXXIX веке еще до нашей эры. Географическое местоположение указывает на территорию современной Англии, а также восточную часть Месопотамии.

     Однако реальный прародитель современных дорожных плит был обнаружен на острове Крит в 3-ем тысячелетии до нашей эры. Тогдашнее дорожное строительство представляло из себя крупногабаритные мощеные дороги, которые покрывались известняковыми плитами. Их толщина достигала 15 см, что в 5 раз больше в сравнение с сегодняшними плитами.

     Первые настоящие железобетонные плиты были использована при строительстве дорог в Детройте, 1909 год. Основной целью использования ЖБИ было не столько практическая польза, сколько экспериментальная.

     Муниципальное  управление  хотело проанализировать эффективность использования данного метода в строительстве, исходя из того, как бетон будет переживать различные нагрузки: в первую очередь физические и климатические.

     Высокопрочные плиты показали наилучшую результативность и окончательно утвердились как одно самых эффективных решений в дорожном строительстве.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ПОЛЬЗА

         Железобетонные дорожные плиты представляют из себя элемент общей группы искусственных инженерных сооружений, взаимосвязанных между собой. Первичной целью использования плит этого типа является покрытие автомобильных дорог общего пользования разных типов проходимости с целью обеспечения безопасного их эксплуатирования. Особенной чертой конкретно данного вида покрытия является его долговечность и практическая польза.

     В России на сегодняшний железобетонные дорожные плиты применяются в целом ряду областей:

— покрытие городских дорог общего пользования;

— покрытие трамвайных и троллейбусных путей;

— покрытие взлетных полос на аэродромах;

— покрытие дорог, отведенных под пользование транспортом большого тоннажа;

— покрытие дорог при строительстве скоростных автомагистралей.

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ

     На сегодняшний день в России для изготовления железобетонных плит есть ряд ГОСТов, которые применяются к каждому отдельному типу ЖБИ, в зависимости от способа его эксплуатации:

• ГОСТ 21924.0-84 «Плиты железобетонные для покрытий городских дорог. Технические условия»;
• ГОСТ 25912-2015 «Плиты железобетонные предварительно напряженные для аэродромных покрытий. Технические условия»;
• ГОСТ 3.504.1-20 «Покрытия проездов и рабочих площадок портовых территорий»;
• ГОСТ 3.503.1-91 «Дорожные одежды с покрытиями из сборных железобетонных плит для автомобильных дорог в сложных условиях»;
• И др.

     Процесс изготовления дорожных плит в большинстве своем представляет из себя один и тот же метод, реализуемых разными способами, в зависимости от того, какой тип плиты требуется изготовить. Однако в большинстве своем это: замес песчаного бетона, щебня и чистого бетона. Помимо этого, в состав входят различные пластификаторы, за счет их использования достигает уменьшение расхода цемента и увеличение степени жесткости конечного продукта.

     Самый распространенный тип изготавливаемых плит – дорожный. При его изготовке используются марки тяжелого бетона, такие как M400 – M800. Показатель плотности – средний. Стальная арматура может быть ненапряженной или заранее напряженной.

     В регионах, которые преимущественно склонны к повышенному износу дорожного покрытия ввиду географического и климатического факторов, используются различные добавки. В большинстве своем это: гранитный щебень, известняковый щебень, газообразующие и пластифицирующие добавки. Это позволяет в разы увеличить срок службы плит.

     Для изготовления напрягаемой арматуры предварительно напряженных плит используется стержневая термохимическая упрочненную арматурную сталь классов Ат-V, Ат-IV и Ат-IVC и горячекатаную классов А-V и Ат-IV.

     Для изготовления ненапрягаемой арматуры применяется арматурная проволока класса Вр-I и стержневая арматурная сталь классов Ат-IIIC, А-III и А-I.

38. Строительство сборных железобетонных покрытий и оснований.

В
сложных природных условиях или при
высоких насыпях, где трудно обеспечить
стабильность земляного полотна на
автомобильных дорогах I
– IV
категорий следует предусматривать
покрытия из сборных железобетонных
плит. Конструкции дорожных одежд со
сборным покрытием из железобетонных и
армобетонных плит допускается принимать
на основе технико-экономических
обоснований в районах со сложными
инженерно-геологическими, гидрогеологическими
и климатическими условиями, где
отсутствуют местные дорожно-строительные
материалы, пригодные для устройства
равнопрочных покрытий другого вида.
Конструкции сборного покрытия следует
принимать по типовым проектам или по
условиям прочности и трещиностойкости
на действие колесной нагрузки и
собственного веса плит при подъеме их
за монтажные устройства и при укладке
в штабеля и на транспортные средства.

Преимущества
сборного покрытия:

1. Независимость
   от сезона строительства.

—
На специализированных заводах плиты
для сборных покрытий изготавливают в
течение всего года независимо от погодных
и климатических условий.

—
Сборные покрытия из готовых плит можно
строить в течение всего года, используя
и неблагоприятные по климатическим
условиям периоды: осень, зиму, весну.

2. Отсутствие
   производственного предприятия по
   выпуску смеси для устройства слоя
   покрытия рядом с объектом.

—
Отсутствие технологических ограничений
во время транспортировки и укладки
плит. Предельная дальность перевозок
готовых плит определяется экономическими
расчетами и наличием транспортных
средств. При круглогодичном изготовлении
плит вывозить их к местам использования
можно также в течение года.

3. Возможность
   использования на дорогах любой категории.

—
по сборным покрытиям в большинстве
случаев можно открывать движение
немедленно после укладки плит. Это
особенно ценно при строительстве
покрытий на городских улицах, на узких
длинных дамбах и в других местах, где
затруднено устройство объездов, на
подъездах к нефте-газодобывающим кустам.

4. Возможность
повторного применения.

—
их можно разбирать и затем повторно
собирать на этом же участке или перевозить
и использовать на других объектах. Это
свойство сборных покрытий особенно
ценно в условиях эксплуатации городских
дорог, где зачастую приходится разбирать
дорожные одежды для работ по устройству
или ремонту подземных коммуникаций.

Недостатки сборного
покрытия:

1. большое
   количество швов (стыков) между плитами,
   что в некоторой степени ухудшает
   ровность покрытия;

2. конструкции
   стыков недостаточно обеспечивают
   передачу нагрузки с одной плиты на
   другую;

3. необходимость
   применять плиты нестандартных размеров
   на кривых малых радиусов;

4. большой
   расход арматуры;

5. высокая
   строительная себестоимость;

6. отсутствие
   специальных машин для укладки плит (в
   настоящее время используют обычные
   стреловые краны, которые не могут
   обеспечить точную укладку плит и плотное
   их прилегание к основанию).

Конструкция
железобетонной плиты

Рисунок 46 – Плита
ПАГ-14

Для
строительства сборных покрытий и
оснований используются плиты ПАГ-14
(плита аэродромная гладкая) и плиты ПДН
(плита дорожная напряженная). Масса
плиты 4,2 т.

Зачастую
строительство сборных оснований и
покрытий с использованием плит
осуществляется в 3 стадии.

1-я
стадия:

1.
Поверхность отсыпанного земляного
полотна планируется и доуплотняется.

2. укладываются
плиты без омоноличевания стыков.

3. Открывается
движение транспорта.

2-я
стадия:

1.
Производится демонтаж плит автомобильным
краном с укладкой их на обочины или на
смежную полосу .

2. Разрушенные
плиты выбраковываются, взамен их завозят
новые.

3.
Устраиваются слои основания в соответствиии
с проектной конструкцией.

4.
Отсыпается слой толщиной 3-5 см из песка
или сухой пескоцементной смеси, который
выполняет роль подушки или выравнивающего
слоя.

5.
Краном укладывается плита от оси дороги.
Через минуту плита поднимается и по
следу плиты на песке делается вывод о
полном или неполном опирании нижней
поверхности плиты на выравнивающий
слой. В случае необходимости слой песка
выравнивается, а плита повторно
опускается на песчаную подушку. При
выполнении этой операции необходимо
выполнять Конт роль за толщинами смежных
плит.

6.
Петли на боковых поверхностях плит
свариваются между собой. Полученный
стык заполняется в нижней части на 2/3
его толщины пескоцементной смесью.
Верхнюю часть стыка заполняем битумной
мастикой. Таким образом устроенные
стыки выполняют роль температурных
швов.

3-я
стадия:

Через
5-7 лет эксплуатации дороги, в случае
разрушения поверхности плит и образования
устойчивой сетки трещин, укладывается
толстослойное асфальтобетонное покрытие
толщиной более 14 см. Это позволит
предотвратить копирование трещина
поверхности нового покрытия.

Ведущей
машиной при укладке плит является
автокран, грузоподъемность которого
должна быть соизмерима с массой плиты
и иметь запас грузоподъемности в 30% от
массы плиты при максимальном вылете
стрелы.

Как
правило, используются 2 схемы укладки
плит:

—
от себя (кран движется по готовому
покрытию)

—
на себя (кран движется по основанию)

Рисунок 47 – I– уложенное покрытие;II– автокран

При
перевозке плит грузоподъемность бортовых
машин должна быть кратной массе плит.

При укладке плит
на борт количество плит не должно
превышать 4. Между ними укладывают
деревянные прокладки.

При разгрузке
автомобиля следует учитывать 2 схемы
укладки плит.

1.
Укладка «с обочины». Плиты заранее
завозятся и укладываются на обочины.

2.
Укладка «с борта». Автокран при укладке
плит в покрытие берет плиты с автомобиля.

При
заложении откосов 1:4 возможна укладка
плит на откосы (несвязные грунты).

Количество
ведущих машин — автокранов может
составлять в отряде 1 или 2 машины. Их
количество зависит от: ширины дороги и
длины захватки. Если работает два крана,
то между ними должно быть 15 – 25 м для
обеспечения безопасной работы
(вразбежку).

ЖБИ для дорожного строительства

Ускоренная урбанизация, как правило, влечёт за собой активное строительство дорог. Новейшие технологии в сфере дорожного строительства способствуют созданию надёжных и долговременных путей сообщения. В указанной области задействованы железобетонные изделия и конструкции. Данная продукция стала популярной благодаря своим уникальным свойствам. Сочетание прочной арматуры и тяжелого бетона позволяет изготовить безопасные и износостойкие детали, применение которых возможно в агрессивных условиях. Немаловажным достоинством железобетонных изделий это относительно низкая цена, позволяющая ощутимо сократить расходы и сделать проект более экономичным.

Завод ЖБИ Дельта Трейд ведёт производство разнообразных конструкций и отдельных деталей. Купить данную продукцию можно в Москве, Санкт-Петербурге, и в иных регионах страны. Ассортимент представлен следующими видами товаров.

Водоотводные сооружения, обеспечивающие сохранность земляного полотна автодорог и железнодорожных путей от атмосферных осадков и грунтовых вод.

Водопропускные трубы нужны для отведения под земляными полотнами дорог незначительных постоянных или эпизодически действующих водотоков.

ЖБИ для укрепительных работ применяют с целью упрочнения берегов водоемов, дорожных откосов и обеспечения безопасности объекта и длительное его использование.

ЖБИ коммуникации используют для прокладки магистральных кабелей связи, высоковольтных линий.

Искусственные ЖБИ сооружения на специализированных автодорогах используются для возведения мостов различного типа; тоннелей, сооружаемые под поверхностью земли, при создании метрополитенов.

Обстановка и отдельные элементы дорог из ЖБИ включают ограждения на автодорогах, опоры дорожных знаков, ЖБИ и узлы конструктивных элементов шумозащитных экранов.

Плиты дорожные используют для покрытий городских дорог и автодорог в сложных условиях, для покрытия проездов портовых территорий, для дорожной одежды с покрытиями из сборных железобетонных плит для автодорог в сложных условиях, аэродромных плит…

Подпорные стены включают плиты фундаментные монолитные, стены для поддержания откосов насыпей ж/д полотна, низовые и верховые подпорные стены…

Путепроводы тоннельного типа предназначены для пропуска под железнодорожными путями, для подземных пешеходных переходов. Так же для железнодорожного оснащения ведётся производство железнодорожных переездов, платформ, железнодорожных мостов.

Налажены линии по производству тротуарных ограждающих блоков и железобетонных свай.

В чем важность железобетонной плиты?

За некоторыми исключениями, бетонные плиты необходимо армировать арматурой или сеткой. Бетон обладает исключительной прочностью на сжатие. Однако, что касается прочности на сжатие, бетон имеет слабую прочность на разрыв. То есть раздробить бетон очень сложно. С другой стороны, его гораздо легче разобрать.

Прочность на сжатие

Прочность бетона — Песок и щебень в бетоне придают ему прочность на сжатие.Песок и камень в бетоне могут выдерживать огромный вес. Чем тверже порода и чем больше породы в смеси, тем выше прочность бетона на сжатие. При стандартной пропорции смеси четыре-два-один — четыре части щебня; две части песка; и одна часть цемента — это соотношение можно регулировать, чтобы придать бетону большую прочность на сжатие.

Предел прочности

В плитах сначала нарушается сопротивление растяжению — Железобетонные плиты необходимы, потому что в первую очередь разрушается не целостность плиты при сжатии.Это сопротивление растяжению уступает место. Причина, по которой плиты растрескиваются и ломаются, заключается в сопротивлении бетона растяжению. В то время как камни и песок в бетоне придают ему прочность на сжатие, вся прочность бетона на растяжение обеспечивается цементом, а прочность цемента на растяжение значительно меньше, чем прочность на сжатие горных пород и песка.

Прочность бетона на растяжение в десять раз меньше прочности на сжатие.

Прочность на разрыв — это сила сцепления материала.Цемент — это клей, который сохраняет три компонента бетона — после его отверждения — в целости. Но, как и клей, цемент можно разорвать. Испытание прочности бетона на растяжение на изгиб и кручение. По мере того, как земля под бетонной плитой оседает или набухает, цемент трескается в точке удара, как если бы она сломалась.

Арматурный стержень и арматурная сетка — Решением проблемы слабой прочности бетона на растяжение является арматурный стержень (арматура) и арматурная сетка (remesh).Интуитивно кажется, что арматура и ремонт сетки не могут повысить прочность бетона на разрыв. Арматурный стержень изгибается и изгибается при поднятии. Ремеш еще более вялый. Однако, когда они заделаны в бетон, эти два элемента значительно повышают прочность бетона на растяжение, поскольку давление растягивающего веса распределяется по длине стержней. Кроме того, когда стержни связаны в сетку с перпендикулярными перекрытиями, прочность на разрыв арматуры значительно увеличивается.

Размер арматуры и арматурные каркасы — Как правило, одна плоско уложенная завеса из арматуры дает бетонной плите более чем достаточную прочность на растяжение, чтобы выдержать сдвиги и набухание в земле под ней.Однако для ситуаций, когда требуется дополнительная сила, есть два варианта. Первый — увеличить размер используемой арматуры. На каждые 1/4 дюйма диаметр арматуры увеличивается, сопротивление поперечной нагрузке увеличивается более чем вдвое. Например, вертикальная нагрузка на арматурный стержень № 4 — арматурный стержень 5/8 дюйма — составляет 13 564 фунта на квадратный дюйм. Арматура диаметром 7/8 дюйма — арматурный стержень №6 — выдерживает вертикальную нагрузку 30 148 фунтов на квадратный дюйм. Несущая способность арматуры № 11, которая представляет собой арматурный стержень диаметром один и пять восьмых дюймов, в семь раз прочнее, чем арматура № 4.

Еще один способ увеличения прочности плиты на разрыв — это двойная завеса с каркасом. Железобетонная плита с внутренним каркасом более чем в четыре раза прочнее плиты с одинарной горизонтальной завесой. Несмотря на то, что железобетонные плиты с каркасами более чем в два раза дороже, из-за суммы арматуры, они достаточно прочные, чтобы их можно было подвесить, и при этом они могли выдерживать вес наверху. Примером железобетонных плит с внутренними каркасами являются террасы, свисающие со сторон многоквартирных домов.

При работе с бетоном важно знать его сильные и слабые стороны. Это может быть разница между хорошо выполненной работой или работой, которая буквально ломается. Убедитесь, что ваши знания в области бетона подкреплены правильными инструментами, чтобы ваши проекты были успешными от начала до конца и на долгие годы.

Отношение пролета к глубине для бетонных балок и плит

Инженер-строитель Vol. 61A № 4, апрель 1983 г.

Отношение пролета к глубине для бетонных балок и плит

А.Н. Бил Бакалавр (Eng) CEng MICE, R.H. Thomason & Partners

Сводка

В то время как обработка прогиба в CP110 в целом приветствуется как улучшение довольно грубых правил для пролета / глубины и в CP114, применять их на практике очень сложно. Проектировщик не может проверить соотношение пролета / глубины до тех пор, пока проектирование секции не будет почти завершено, и, если возникает проблема, у него / нее мало указаний относительно того, какие возможности существуют для ее решения путем перепроектирования с уменьшенным напряжением стали.

Изменяя коэффициенты модификации CP110 в единицах M / bd², а не As / bd², можно значительно упростить представление и отделить влияние фронта расчетных напряжений стали от различных M / bd². Это позволяет заранее проверить соотношение пролета / глубины при расчете, а также проясняет влияние проектирования на различные напряжения стали. Представлены таблицы для определения отношения пролета / глубины для конструкций по CP114 и CP110, а также таблица приблизительного отношения пролета / глубины для предварительного проектирования плит.

Введение

Контроль прогиба бетонных балок и плит — это приблизительный бизнес, который традиционно охватывался применением соотношений пролета / глубины. В CPI 14 [1] это просто — соответствующее соотношение пролета / общей глубины выбирается из таблицы 13, в зависимости от концевых или краевых условий, напряжения стали и бетона и от того, проектируется ли балка или плита. Такой подход в большинстве случаев дает удовлетворительные результаты; однако при определенных обстоятельствах возникали проблемы, и в результате в CP110 [2] был предложен новый, более сложный подход.В CP110 по-прежнему указаны базовые отношения пролета к эффективной глубине (Таблицы 8 и 9), но затем они модифицируются множеством факторов, которые относятся к напряжению в стали и количеству стали. Существует дополнительная таблица факторов, учитывающих влияние любой присутствующей компрессионной стали (Таблица 11).

Подход CP110 обычно приветствуется как более правильный, но это очень громоздкий процесс для использования при проектировании. В идеале требуемый пролет / эффективная глубина должна быть доступна в начале расчета, чтобы можно было выбрать правильный размер сечения в самом начале, а конструкция была быстрой и экономичной.За счет довольно грубой готовности — и — , CP114 действительно этого достигает. Однако в CP110 допустимый пролет / эффективная глубина известна только тогда, когда известны предоставленная площадь стали и напряжение стали — , поэтому его можно проверить только после того, как проектирование секции практически завершено. На практике это означает, что проектировщик работает над двумя или тремя модификациями секции для достижения оптимальных результатов или же следует излишне консервативному подходу, превышающему — сейчас довольно часто можно увидеть плиты, спроектированные без необходимости с размахом / эффективной глубиной из 20 просто для того, чтобы избежать проблем, возникающих позже при проектировании.Поскольку уменьшенное напряжение стали увеличивает допустимое соотношение, но сопутствующее увеличение площади стали снижает допустимое соотношение, проектировщику также далеко не ясно, какие возможности (если таковые имеются) существуют для решения проблемы прогиба путем проектирования с использованием стали с уменьшенным содержанием. стресс.

Подход, позволяющий определять глубину сечения на ранних этапах расчета и проясняющий взаимосвязь между расчетным напряжением стали и допустимым пролетом / эффективной глубиной, будет явным улучшением.

Как соотношение пролета / глубины контролирует отклонение?

Для симметричной упругой балки, поддерживающей распределенную нагрузку, прогиб может быть рассчитан исключительно на основе экстремального напряжения изгиба волокна, глубины сечения и пролета. Если допустимое напряжение изгиба известно, а предел прогиба составляет некоторую часть пролета (например, L / 360), то можно установить постоянное соотношение пролета / глубины, которое обеспечит соблюдение этого предела. Предел пролета / глубины напрямую зависит от напряжения изгиба.

Таким образом можно спроектировать стальные балки

, и соответствующие соотношения пролета / глубины указаны в таблице в BCSA / Constrado Handbook [3] (таблица, стр. 16). Однако в железобетоне ситуация сложнее:

* не ведет себя строго эластично;

* глубина нейтральной оси не постоянна, но зависит от количества арматуры;

* Хотя бетон в зоне растяжения мало влияет на предел прочности, он может значительно уменьшить прогиб.

В этих обстоятельствах коэффициенты, приведенные в CP114, Таблица 13, могут рассматриваться как очень приблизительные; переменные коэффициенты в таблице 10 CP110 предназначены для более полного охвата возможных вариаций. Однако, как указывалось ранее, это достигается только за счет больших неудобств конструкции.

Упрощенное отношение пролета CP110 к эффективной глубине

Коэффициенты, указанные в таблице 10 CP110, зависят от напряжения стали и площади стали.Для прямоугольного сечения их можно пересчитать и представить в единицах M / bd², а не 100As / bd для заданного напряжения стали. (Коэффициенты рассчитываются по формуле 1 / (0,225 + 0,00322fs — 0,625 log (bd / l00As)) с примененным пределом 20, где fs — растягивающее напряжение стали.) Результаты приведены в таблице 1 для 140N. / мм² (низкоуглеродистая сталь CP114), 145 Н / мм² (низкоуглеродистая сталь CP110), 230 Н / мм² (высокопрочная сталь CP114) и 267 Н / мм² (высокопрочная сталь CP110). M — рабочий (неучтенный) момент, но конечное (факторное) значение можно принять равным 1.В 5 раз больше.

Если мы вычтем коэффициенты 1,25, 1,24, 1,04 и 0,96 из значений для 140 Н / мм², 145 Н / мм², 230 Н / мм² и 267 Н / мм², соответственно, результаты будут такими, как в Таблице 2.

Можно видеть, что один набор коэффициентов можно использовать для всех напряжений стали с небольшой ошибкой, при этом базовые отношения пролета / глубины указаны для основных расчетных напряжений стали.Это позволит выбрать сечение перед проектированием арматуры и ясно покажет влияние изменения расчетного напряжения стали.

Компрессионная арматура редко используется для контроля прогиба; он почти всегда используется как средство увеличения момента сопротивления секции при тяжелой арматуре. CP110 Таблицы 10 (сталь на растяжение) и 11 (сталь на сжатие) показывают, что, когда присутствует сталь с высоким пределом текучести на растяжение более 0,75%, любое снижение коэффициента, вызванное увеличением стали на растяжение, будет приблизительно отменено, если соответствующее количество сжатия была представлена ​​сталь.Таким образом, для стали с растяжением 0,75% при 238 Н / мм² (fy = 410 Н / мм²) коэффициент равен 1,09; для 2% стали на растяжение плюс 1,25% стали на сжатие коэффициент будет 0,84 x 1,29 = 1,08. Аналогично, для стали 1,5% при 238 Н / мм² коэффициент равен 0,9; для 2% стали на растяжение и 0,5% стали на сжатие коэффициент будет 0,84 x 1,14 = 0,96. Когда мы вспомним, что использование компрессионной стали в качестве средства контроля прогиба очень редко (и дорого!), Можно видеть, что в этих случаях было бы вполне достаточно рассчитать эффективное M / bd² для прогиба как (M- Mc) / bd ², где Mc — моментное сопротивление сжатой стали.Это достаточно быстро и точно для всех обычных целей, при условии, что результирующее эффективное значение M / bd² не будет меньше 1,5. CP110 Table 11, конечно, может использоваться вместо нее, если это более удобно.

Второе соображение, связанное с компрессионной сталью, заключается в том, что любая сильно армированная балка обязательно будет иметь звенья и, следовательно, несколько резьбовых стержней в зоне сжатия. Таким образом, несмотря на то, что соотношение пролета / глубины для одинарной армированной балки с M / bd² = 4 было представлено, оно действительно представляет только академический интерес и может быть исключено из практических таблиц.Тем не менее, это может быть необходимо, если эффект сжатия стали рассчитывается с использованием таблицы 11 CP110, и поэтому он включен в скобки в следующих таблицах.

Изложенный подход дает результаты, которые полностью согласуются с требованиями CP110, и поэтому таблицы 3 и 4 могут использоваться непосредственно для проектирования вместо CP110, таблиц 8, 9, 10 и 11, с определенными преимуществами в удобстве и скорости для проектировщика.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для пролетов более 10 м они должны быть уменьшены в 10 м / пролет.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если присутствует компрессионная сталь, ее момент сопротивления можно вычесть при расчете Mu / bd² для прогиба, при условии, что результирующее значение Mu / bd² не меньше 2,5. В качестве альтернативы можно использовать таблицу 11 CP110.

Требования

CP114 быстро и легко применить в существующем виде, но в некоторых случаях они считаются подозрительными, а в других могут быть более жесткими. Таблицы 5 и 6 предоставляют удобные средства проверки конструкции CP114 на соответствие критериям CP110.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для пролетов более 10 м их следует уменьшить в 10 м / пролет.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если присутствует компрессионная сталь, ее момент сопротивления может быть вычтен при расчете M / bd² для прогиба, при условии, что результирующее M / bd² не меньше 1,5. В качестве альтернативы можно использовать таблицу 11 CP110.

Т- Балки и ребристые плиты

Поскольку вышеизложенное состоит только из пересмотренного представления данных в CP110, оно может применяться непосредственно для проектирования этого Кодекса.Однако есть еще один аспект, который следует учитывать при проектировании отклонения — , и здесь можно улучшить подход CP110. Это касается балок Т- и ребристых плит.

Пункт 3.3.8.2 CP110

требует, чтобы допустимое отношение пролета к эффективной глубине было уменьшено до 0,8 от нормального значения для балок с шириной ребра br менее 0,3 ширины полки b. Это постоянное уменьшение вряд ли будет полностью правильным как для балок с легким армированием — (где важна жесткость бетона), так и для балок с сильным усилением — (где это не так).

На отклонение влияют три вещи:

• смещение нейтральной оси при разном% стали;
• кривизна усадки;
• жесткость из-за бетона в зоне растяжения.

(1) и (2) более или менее независимы от br / b (при условии, что нейтральная ось находится во фланце). (3) можно считать прямо пропорциональным br / b. Таким образом, если значения сведены в таблицу для br / b = 0 и br / b = 1, промежуточные значения могут быть получены линейной интерполяцией.

В статье, где были получены таблицы пролета / глубины CP110, Биби [4] вычислил эффект игнорирования усиления зоны растяжения бетона. В результате множители уменьшаются в диапазоне от 0,75 (0,25% стали) до 0,98 (3% стали). Благодаря упрощенному представлению, приведенному здесь, они теперь могут быть включены в практические таблицы вместе с рассчитанными ранее. Они представлены в таблице 7.

Ширина промежуточных ребер может быть интерполирована.

Как видно, коэффициент уменьшения CP110, равный 0,8 для br / b = 0,3, является разумным для нижнего диапазона значений, но более консервативным — для более высоких значений (M / bd²> 1,0). С более простым представлением, приведенным здесь для коэффициентов модификации, довольно легко представить и использовать эту более точную трактовку. Казалось бы, это улучшение метода, приведенного в CP110.

Отношение пролета к эффективной глубине для предварительного проектирования

Прогиб влияет на конструкцию балок только в некоторых случаях, и для них указанные базовые коэффициенты должны быть удовлетворительными для предварительного проектирования.Однако конструкция плит почти всегда определяется прогибом, и очень важно иметь возможность оценить толщину плиты на ранней стадии подготовки схемы. Хотя подход, изложенный в этой статье, более удобен для проектирования, чем в CP110, ему все еще не хватает простой непосредственности отношения пролета плиты к толщине в CP114 для подготовки структурной схемы. Толщина плиты зависит от расчетного напряжения стали, а также от приложенной нагрузки.

В таблице 8 приведены приблизительные отношения пролета к эффективной глубине для различных форм конструкции и нагрузки для целей предварительного проектирования.Толщина плиты, определенная на основе этих данных, не потребует небольшой корректировки в окончательном проекте. Они были рассчитаны для пролетов до 10 м, как для «легкой» нагрузки 2,5 кН / м² (эквивалент внутренней нагрузки плюс легкие перегородки на непосредственно готовой плите), так и для «тяжелой» нагрузки 10 кН / м². (эквивалент нагрузки складского помещения 7,5 кН / м² плюс стяжка 5 кН / м² плюс легкие перегородки). Значения для непрерывных плит основаны на моментах из таблицы 15 CP114, а значения для двухсторонних плит и плоских плит основаны на моментах из таблиц 12, 13 и 18 CP110.Предполагается, что (а) прочность стали составляет 460 Н / мм² или 425 Н / мм² в зависимости от размера стержня, и (b) покрытие составляет 15 мм или размер стержня, в зависимости от того, что больше. Значения были рассчитаны для плит толщиной 100 мм, 200 мм и 300 мм, и представленные результаты представляют собой округленные средние значения отношения допустимого пролета к эффективной глубине, определенного в соответствии с таблицами 3, 4, 5 и 6 настоящего документа. Принимая во внимание разницу между общей и эффективной глубиной, можно видеть, что отношения довольно близки к значениям CP114, немного ниже для простых опор и выше для непрерывных плит.

ПРИМЕЧАНИЯ:

• Двусторонние плиты рассчитаны для квадратной панели. Для панели 2 x 1 следует использовать значение односторонней панели и значения интерполировать для промежуточных пропорций.
• Конструкция плоской плиты должна основываться на размерах большего пролета. Для наружных панелей, примыкающих к стенам, используйте 85% — 90% указанного соотношения.
• Для ребристых плит используйте 85% — 90% указанных соотношений.
• Для расчета с нагрузками из низкоуглеродистой стали коэффициенты могут быть увеличены на 15%.

Благодарности

Выражаем благодарность доктору А. В. Биби из Ассоциации цемента и бетона за его сотрудничество и помощь, а также господину В. Е. А. Скиннеру.

Список литературы

1. CP114 Использование железобетона в конструкциях зданий, Лондон, Британский институт стандартов, 1969.

2. CP110 Использование бетона в конструкциях: Часть 1, Лондон, Британский институт стандартов, 1972 г.

3. Справочник по металлоконструкциям — свойств и таблиц допустимой нагрузки , BCSA & Constrado, Лондон, 1978 г.

4. А. В. Биби: «Модифицированные предложения по контролю прогибов с помощью отношения пролета к эффективной глубине», Технический отчет, Ассоциация цемента и бетона, апрель 1971 г.

«Верулам», инженер-строитель, Vol.62А № 3, март 1984 г.

Контроль прогиба в железобетоне

Короткая статья «Отношения пролета / глубины для бетонных балок и плит» г-на Аласдера Била, опубликованная в журнале «Structural Engineer» за апрель 1983 г., касалась обработки прогиба в CP 110 и 114. Г-н Фрэнсис Бил написал нам, выражая Большой интерес к этому документу и предположение, что в Таблицу 8 потребовались некоторые изменения. В своем письме, которое цитируется ниже, г-н Бил представил пересмотренную таблицу, показывающую в целом более низкие значения рекомендуемых соотношений пролета / глубины, вместе с некоторыми дополнительными комментариями:

Я воспользовался возможностью изменить некоторые рисунки, чтобы отразить состояние торцевых панелей или угловых панелей во всех случаях, так что доступен готовый инструмент для проектирования, а в случае плоских плит я предполагал, что они опираются на колонны.

Мое внимание было привлечено к необходимости значимого сравнения CP114 и CP110 из-за кажущейся невозможности спроектировать плоские плиты для CP110 и получить результаты, к которым привыкли. Плоская плита, разработанная для CP114, требует плиты 250, но для требований CP110 будет иметь толщину 300 при использовании стали 460.

Для сравнения я использовал нагрузку 10 кН / м², потому что она достаточно распространена, разрешена CP114 (то есть любая нагрузка) и устраняет искажения при более низких нагрузках, вызванные точкой отсечки столов CP110.

Следует отметить, что во всех случаях CP110 является более обременительным, и эффект может быть очень большим (увеличение толщины плиты на 25%) для двухсторонних плит с простой опорой .

Во время написания, я думаю, настало время упомянуть о практическом эффекте Таблицы 19 «Номинальное покрытие до усиления» CP110. Чтобы получить прочное покрытие в плитах (15 мм), необходимо использовать бетон марки 30, фактически как минимальную марку бетона, независимо от того, требуется ли это по другим соображениям или нет.Используя бетон 21 Н / мм², можно спроектировать очень большое количество рабочих мест. Если принять во внимание другие соображения, это означает, что в типичном контракте на плоскую плиту будет использоваться примерно на 40 Н / мм² больше цемента при проектировании по CP110.

Мистер Бил завершает свое письмо вопросом, не пора ли выбросить CP114. Мы передали поднятые вопросы г-ну Билу для комментариев. Он ответил следующее:

(1) Более низкие отношения пролета к глубине, которые рассчитывает мистер Бил, возникают в основном из-за его использования условий «концевого пролета» и «углового пролета» для непрерывных плит.На значения для более низких нагрузок также влияет тот факт, что в таблице 10 CP110 приведены значения множителя только до процентного содержания стали 0,25%, хотя предел множителя 2,0 достигается только при гораздо меньшем процентном содержании, чем этот для стали с высоким пределом текучести. Использование истинных значений для стали менее 0,25% во многих случаях дает гораздо лучшие результаты.

(2) Это хороший вопрос, должны ли соотношения для непрерывных плит основываться на внутренних или краевых отсеках. Испытательные расчеты показывают, что соответствующие соотношения для концевых и угловых пролетов непрерывных плит составляют от 87% до 93% от соотношения для внутренних пролетов.Лучшим решением может быть табулирование значений внутренних пролетов с учетом того, что соотношения для концевых пролетов и угловых пролетов непрерывных плит могут быть приняты равными 90% от этих значений с незначительной ошибкой.

(3) При сравнении CP110 с CP114, нагрузка г-на Билла в 10 кН / м² является высокой, а соотношение толщина / эффективная глубина 1,15 является более подходящим.

(4) Вероятно, было бы лучше, если бы, как предполагает г-н Бил, можно было указать точное, а не приблизительное соотношение пролета / глубины.Это можно сделать, если таблица представлена ​​с точки зрения общей, а не наложенной нагрузки на плиту; Биби [1] представил предложения такого рода, и они были включены в проект пересмотренной CP110 [2]. Однако ими все еще довольно неудобно пользоваться. Лучшим решением может быть таблица отношений пролета / глубины для общих (постоянных + динамических) нагрузок (скажем) 5, 10, 20 кН / м² при предпочтительном рабочем напряжении стали. Рассчитанные значения представлены в Таблице Vl.

Примечания:

(i) Двусторонние — плит были рассчитаны для квадратной панели.Для панели 2 x 1 следует использовать значение односторонней панели и значения, интерполированные для промежуточных пропорций.

(ii) Коэффициенты для всех непрерывных плит указаны для внутренних пролетов. Для концевых и угловых проемов передаточные числа должны быть уменьшены до 90% от заявленных значений.

(iii) Для конструкции с напряжениями из низкоуглеродистой стали коэффициенты могут быть увеличены на 15%. Для стали с пределом текучести 425 Н / мм², с рабочим напряжением 210 Н / мм² (CP114), 247 Н / мм² (CP110), соответствующие соотношения могут быть увеличены на 3%.

(iv) Для ребристой плиты это соотношение следует уменьшить на 85– 90%, в зависимости от ширины ребра.

(v) Конструкция плоских перекрытий должна основываться на размерах более длинных панелей.

(vi) Для не предусмотренных нагрузок и схем конструкция должна быть основана на таблицах 3 или 5 и 7 в исходном документе.

(5) Если мы возьмем общую (постоянную + приложенную) нагрузку на плиту 10 кН / м² в качестве типовой и соотношение толщины / эффективной глубины 1,15 и рассмотрим угловые пролеты и концевые пролеты, как предлагает г-н Бил, тогда сравнение с CP114, с Напряжение из низкоуглеродистой стали (140 Н / мм²) дает результаты, показанные в Таблице V2 для соотношений пролета / толщины.

Как видно, отличия небольшие. Если, как обычно, значения CP114 для стали с высоким пределом текучести приняты как 85% от значений для низкоуглеродистой стали, различия здесь также будут небольшими. (Плоские плиты для CP114 являются аномалией, где, похоже, не делалось допуска для повышенных напряжений в стали.) Однако, как указывает г-н Бил, значения CP110 становятся более консервативными при больших нагрузках.

(6) Влияние CP110 на толщину плиты, покрытие и бетонные смеси, упомянутые г-ном Билом, поднимают несколько новых вопросов, некоторые из которых выходят за рамки данной статьи.Некоторые изменения в CP110 понятны, а другие нет — , таким образом, увеличение толщины сляба в основном требуется для уравновешивания влияния повышенных эксплуатационных напряжений стали на прогиб. Эти повышенные эксплуатационные нагрузки стали также увеличивают покрытие, необходимое для соответствующей огнестойкости — , таким образом, экономия стали CP110 в некоторой степени компенсируется увеличением количества бетона. Однако требование CP110 о повышенном номинальном укрытии с использованием бетона 21 Н / мм², используемого внутри помещений, трудно понять ввиду отсутствия наблюдаемых проблем с обслуживанием (вероятно, большинство используемых плит имеют бетон 1: 2: 4 (21 Н / мм²), с крышкой ½ дюйма (13 мм).Проект пересмотра CP110 пошел дальше — было указано, что это фактически запретит бетон 1: 2: 4 в строительных работах!

Следует ли выбросить CP114? Это гораздо более широкая дискуссия, включающая множество вопросов, некоторые из которых обсуждались в другом месте [3]. Если представленные здесь предложения будут приняты, они могут быть использованы как в CP110, так и в CP114.

Список литературы

1. Биби, A.W .: «Отношения пролета / эффективной глубины: преобразование метода CP110», Concrete, 13, No.2 февраля 1979 г.

2. CSB / 39 Использование бетона в конструкциях, Лондон, Британский институт стандартов, февраль 1982 г.

3. Бил, А. Н .: «Что не так с расчетом коэффициента нагрузки?», Proc. ICE, Часть 1, ноябрь 1979 г.

3 Армирование | Нетрадиционные бетонные технологии: обновление инфраструктуры автомобильных дорог

Размещение гибкой усиливающей конструкции внутри структурного элемента в местах максимальной растягивающей нагрузки будет иметь решающее значение и может представлять значительную проблему.Для структуры композитного армирования в виде перемычки непрерывность бетона будет обеспечиваться за счет больших открытых пространств перемычки. Для плотной, похожей на мат композитной конструкции, расслоение между арматурой и бетоном может стать проблемой. Кроме того, арматура будет подвергаться сжимающей нагрузке, а также поперечным нагрузкам, перпендикулярным оси приложенного напряжения, и поэтому структурный элемент должен иметь достаточную прочность на сжатие и жесткость, чтобы противостоять повреждению от такой нагрузки.

Пластмассовые композиты, армированные волокном, характеризуются разумной прочностью, низкой плотностью, химической стойкостью и долговечностью, и все это может быть адаптировано для удовлетворения требований к производительности. Матрица из смолы в армированном волокном пластиковом композите обеспечивает структурную целостность, передает нагрузки между армирующими волокнами и защищает арматуру. Важные соображения при выборе смолы включают химическую, экологическую и термическую стабильность; механические свойства; технологичность; и стоимость.Доступно множество матричных и волокнистых материалов, и сейчас предпринимаются усилия по оценке экономической эффективности и срока службы этих материалов. Матрица и волокнистые материалы должны быть тщательно отобраны и эффективно сочетаться в контексте бетонной системы для удовлетворения требований к характеристикам при разумной стоимости.

Две широкие категории полимеров, которые могут использоваться в качестве матричной фазы в армированных волокном полимерных композитах для непрерывного армирования в бетоне, — это термопласты и термореактивные пластмассы.Большинство рассматриваемых смол являются термореактивными и часто относятся к одному из трех распространенных типов: эпоксидная, полиэфирная или винилэфирная. Каждый общий тип может включать множество вариаций в зависимости от химического состава смолы и отвердителя. Термореактивный полимер затвердевает (отверждается) за счет химической реакции (сшивания), когда смола смешивается с отвердителем и смесь нагревается выше определенных температур. Добавки часто используются для улучшения свойств смол, таких как огнестойкость, стойкость к ультрафиолетовому излучению, термостойкость и требования к отверждению.Поскольку термореактивный композитный арматурный стержень невозможно согнуть, ему необходимо предварительно придать форму. Некоторые текстильные процессы (например, плетение, вязание) могут быть адаптированы для изготовления бесшовных армирующих каркасов.

Термопласты показали превосходную вязкость и устойчивость к большинству кислот, щелочей и растворителей. Недорогие термопласты (например, нейлон, полипропилен) используются для изготовления спортивных товаров и других товаров. Термопластичную арматуру можно сгибать в требуемые формы путем термического формования. Однако, как обсуждалось выше, соединение

.