Надійне, міцне та жорстке з'єднання окремих частин сталезалізобетонного перерізу в єдину конструкцію — необхідна передумова забезпе­чення її працездатності, адже під час згинання між сталевою балкою та залізобетонною плитою діють зусилля зсуву. Для сприймання цих зусиль використовують спеціальні елементи найрізно­манітніших конструктивних рішень: жорсткі та гнучкі упори, анкери та високоміцні болти (рис. 11.10).

Жорсткий упор передає зусилля зсуву через вертикальні пластини, підсилені ребрами жорст-

Таблиця 11.3 Значення внутрішніх напружень у характерних волокнах сталезалізобетонного перерізу від зсідання бетону і зміни температури Напруження на рівні Внутрішні напруження від зсідання бетону Внутрішні напруження від зміни температури Верху бетонної плити ОМ, sh = Es/iEl As Ss, red j CTbl. f = atmaxEf, (At St Ared Ired Ared ^red Центра ваги бетонної плити СЯ), sh = EshEf As Ss, red ^ j Ared Ired Ом,, = atmaxfib F At S, ^ Низу бетонної плити Ob3, sh = EshEl As Ss, red J Ared Ired ' 1 Ob 3,t = atmaxЈb At St TZ ~ 7~7, Zb3'red ~ Vt Лred Ired Сталевої верхньої полички Os, sh = EshEs As Ss, red, « t ZS2, red 1 - л-red Ired / Os2,t = CttmaxEs { At St ---- 7------ Zs2red V, ^Ared Ired Довільного волокна сталевої стінки Osi, sh = Es/iB F As у Ss, red J Osi. t = CttmaxEs A, St 1 Arcd Ired rm . J Zsi, red v, ^ired 'red Сталевої нижньої полички Osl, sh = EshEs As Ss, red . j Zsl, red A-red 'red ) Osl. t = CttmaxEs A, _Jn_z ' A-red Ired Де As — площа сталевої частини перерізу; Ared та Ired — зведені площа та момент інерції всього сталезалізобетонного перерізу; SSjred — статичний момент сталевої частини перерізу відносно центра ваги зведеного перерізу; гы, геЛ Zb2,red, Zb3,red — відстань від центра ваги зведеного перерізу відповідно до верхнього волокна, центра ваги і нижнього волокна бетонної плити; zsi, red, zS2,red — відстань від центра ваги зведеного перерізу до крайніх волокон верхньої та нижньої сталевих поличок; Zi. red — відстань від центра ваги зведеного перерізу до ї-го волокна сталевої стінки; а — коефіцієнт температурного розширення. Позитивні знаки отриманих напружені відповідають розтягові, а від'ємні — стискові. Для напружень у довільному волокні сталевої стінки знак мінус відповідає волокну, розміщеному вище, а знак плос — нижче центра зведеного перерізу.

Значення параметрів формул табл. 11.3 для внутрішніх напружень від зміни температури

Таблиця 11.4 Позначення параметрів у формулах табл. 11.3 Значення параметрів для характерних випадків зміни температури Перший та другий варіанти Третій варіант At — температурна площа поперечного перерізу 0,8А5,„ + 0,3Ash, ШІ. Оь 1 St — температурний статичний момент по­перечного перерізу (0,4hw - 0,8z№i, red)As™ + 0,3As/,zi, red 17Ь|> ( ^ «Л -------------------------------------- [ Zbi. red + 8) О-ь V Vt — коефіцієнт Бетон і сталева верхня поличка 0 Для частини бетону, Розміщеної нижче верхньої грані плити (але не нижче 50 см) (И Сталева стінка ^3,91^-3,82^ Nw ^ «w Сталева нижня поличка 0,3 Для решти висоти сталебетонного перерізу 0 Де Asw — площа сталевих вертикальних елементів перерізу; стінки, вертикал>них поличок, поясних кутників, ламелів тощо; Ash — площа горизонтальних елементів сталевого нижнього поясу; hw — висота стінки; Ьь — ширина бетонної плити, введеної у розрахунок; Нь — середня по ширині Ьь висота плити, визначена з урахуванням ділянок змінної товщини, але без урахування розміщеного над сталевою поличкою ребра або вута з нахилом граней, більшим за 45°; гы — відстань від верхньої грані бетону до волокна, що розглядається (не більше 50 см).

Таблиця 11.5 Випадок розрахунку Пружна робота бетону Пластична робота бетону Критерії випадків розрахунку МИ Аь = —------------------- ~~ о, < тьпь A>,Wh, red. (стиск +) Mil Аь = ——------------------------------ ОІ > ггцДі, СцЛУь, red (стиск +) Перевірка бетону — К (Ми - Тс Wsb jSЈb-hm (стиск +) Перевірка сталевої верхньої полички М - Zsi, Nb Nb „ ---------- —г - < mi т. к. X4Ws2 AS (стиск +) М - zsbNb Ni, „ D -------------------------------------- - г - < mRv X3Ws2 (стиск +) Перевірка сталевої нижньої полички M - zsbNh Nb „ _ ------------------------- + — < mily XsWs2 (розтяг +) M - zsbNb Nb „ -------------------------------------- -7- < mRy XsWs2 A, y (розтяг +) Розрахункові формули наведено для випадку, коли у плиті наявне лише конструктивне армування, яке не враховується. ■As = Asl + Ач2 + Aw, Wb. red = - J=4 Wsb = ws2 = Wsl = A. 21,, red Zsb Zs2 Zsi Nh = A,,Rb Оы — врівноважені у межах поперечного перерізу елемента напруження від повзучості та зсідання бетону і змін температури на рівні центра ваги бетонної плити; Хз Хз = 1 + Г](Х ~ 1), ЇА ------ --------- — поправкові коефіцієнти до моментів опору (%4 приймають не меншим за 1); , . Г(У<Л. " °ь)1 А) . .... 7Пі - 1 + . , але не більше за 1,2 поправковии коефіцієнт до розрахункового опору сталевої верхньої полички, УіДу J As2 Що враховує перерозподіл частини зусилля на бетонну плиту при пластшному деформуванні сталі; 2 — за рис. 11.7. Числові значення коефіцієнтів Значення коефіцієнта X Сталь Аю Ай Коефіцієнт X при Aa/A,, що дорівнює 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 16Д 0,5 1 2 1,03 1,06 1.08 1,07 1,11 1.14 1,11 1,16 1.20 1,16 1,22 1,27 1,21 1,28 1.34 1,27 1,34 1.42 15ХСНД 0,5 1 2 1,02 1,05 1.07 1,05 1,09 1.13 1,09 1,14 1.18 1,14 1,20 1,25 1,19 1,25 1,31 1,24 1,31 1,39 1ОХСНД 0,5 1 2 1,01 1,04 1.06 1,04 1,08 1.11 1,08 1,13 1,16 1,12 1,17 1.22 1,17 1,23 1,28 1,22 1,29 1,35 Значення коефіцієнта Г| Nb Коефіцієнт 1] при Агг/А, і, що дорівнює А, у, К„ 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 1 1 1 1 1 1 0.1 1.63 0.30 0.54 0.90 0,92 0,93 0.2 2.47 1.12 0.30 0.38 0.80 0.87 0.3 3.20 1.60 0,95 0,34 0.38 0.75 0.4 3.49 2.02 1,30 0.84 0,26 0.58 0.5 3.51 2,27 1.58 1,12 0.72 0,28 0.6 3.05 2,45 1,76 1.30 0,91 0.63 0,7 2.85 2.38 1.90 1,42 1.05 0,82 0.8...1.0 2.60 2.12 1,80 1,45 1.12 0,93 Значення коефіцієнтів у затемненій частині таблиці свідчать про можливість пластичного деформування верхньої полички, а у світлій — нижньої.

Розрахунок міцності сталезалізобетонного перерізу у випадку дії тимчасових навантажень, які спричиняють стискання бетонної плити

Рис. 11.10. Види з'єднувальних елементів: а — жорсткий упор; б — гнучкий упор; в — вертикальний анкер; г — похилий анкер; д — поздовжня арматура, приварена до сталевої конструкції; е — високоміцні болти.

Кості (рис. 11.10, а). Під плоскою поверхнею упора у бетоні плити виникають достатньо рівномірні напруження місцевого стискання і несуча здат­ність такого упора визначатиметься міцністю бе­тону на дію зминання. Для міських і автодорожніх мостів несучу здатність упора визначають за фор­мулою

Несуча здатність гнучкого упора з прокатних профілів зумовлена міцністю бетону й обчис­люється за формулою

К max = 55(К + 0MJban (11.9)

Де h', tw, ban —■ висота, товщина стінки і ширина упора (см) відповідно.

У місці приєднання гнучкого упора до балки виникає згинальний момент

^Y, max - 1,ЩЛос,

(11-8)

Де АІОС — площа зминання бетону.

У залізничних мостах, окрім цього, виконують додаткові розрахунки бетону на міцність і вит­ривалість.

При частому розміщенні упорів можливе руй­нування внаслідок сколювання бетону поверх них. Для повного використання міцності бетону на зми­нання і уникнення сколювання відстань між жорсткими упорами не повинна бути меншою за 3,5 висоти площини зминання. Окрім цього, опор­ну пластину додатково заанкеровують у бетоні. Крім зазначеної на рис. 11.11, а зварної кон­струкції упора, достатньо широко використову­ють упори з обрізків двотаврів, труб тощо та не­перервні упори, виконані з профільованих ста­левих стрічок (рис. 11.11, б, в). При застосуванні збірних залізобетонних плит упори замонолі - чують у спеціальних вікнах або швах між блоками плит.

Цікавим є з'єднання збірної залізобетонної плити і сталевої балки за допомогою високоміцних болтів (див. рис. 11.10, е). Щоправда, треба мати на увазі, що з часом через повзучість бетону зу­силля натягу високоміцних болтів зменшуються, що спричинює зменшення несучої здатності з'єд­нання.

Гнучкі упори (рис. 11.12, а) виконують з від­різків прокатних профілів (швелерів, кутників тощо), які не мають ребер жорсткості, і від дії зсувних зусиль згинаються подібно до нагеля. У прилеглому бетоні вони створюють дуже нерів­номірні деформації місцевого зминання (найбільші в основі упора).

М,

Loc Si

К + t„

(11.10)

На дію якого необхідно перевірити міцність стін­ки упора.

Згідно з конструктивними вимогами гнучкі упори з профільної прокатної сталі приєднують до балок двома кутовими швами, розміщеними

І І Ч І І І І *

Тптттпт

11 ч 1 І > It­'ll III! I It

Рис. 11.11. Жорсткі упори: зварні зі сталевих листів; б — з відрізків двотавра; в — неперервні.

Перпендикулярно до зусилля зсуву. Руйнування з'єднань, виконаних за допомогою гнучких упорів з прокатних профілів, найчастіше відбувається після великих переміщень, що обмежує експлу­атаційну придатність таких з'єднань.

Заанкерований у бетоні стержень називають анкером, вертикальним чи похилим залежно від положення (рис. 11.12, в). Під дією зсувної сили такий анкер одночасно згинається і розтягується.

При 2,5 < - jj < 4,2

Вертикальний гнучкий стержневий анкер (рис. 11.10, в) від дії зсувного зусилля згинається, а бетон під ним зминається. Окрім цього, може відбутися також зріз анкера. За умови зминання бетону несуча здатність анкера становить

(11.11)

При > 4,2 — Fl max = 100d2 л/rT,

D

H'

Fg, max = 24h'd y/Rb, (11.12)

А за міцністю анкера на зріз

Fs, max = 0,63 d2Ry, (11.13)

Де d, h' — діаметр і висота стержня анкера; Rb, Ry — розрахункові опори бетону й сталі.

Істотні технологічні переваги зумовили широ­ке використання вертикальних стержневих анке­рів, які приварюють до верхньої полички балки контактним способом за допомогою зварювальних пістолетів (рис. 11.12, б). Таким способом можна встановити за 1 хв 2—3 анкери.

Найбільш ефективні похилі анкери. Крім міц - нісних характеристик бетону та сталі (нагадаємо, що бетон в основі анкера зминається, а сам анкер працює на розтяг) несуча здатність похилих стержневих анкерів залежить від кута їх нахилу:

Fs! max = A'Rvcos a + 100d2 л/jR^sin a, (11.14)

Де А' — площа перерізу вітки анкера, а — кут нахилу стержня відносно поверхні зсуву.

За умовою заанкерювання в бетоні довжина похилого анкера повинна становити не менше 25d. Для петлевих анкерів це значення може бути зменшене до Id. Але при цьому беруть до уваги, що зусилля розтягу анкера передаватиметься на петлю і спричинятиме зминання бетону, а тому найменша ширина петлі наближено становить

0,57-

Lh, min

ЯЛ'

(11.15)

Rhd

При цьому найменша відстань між похилими анкерами і їх вітками — 3d.

Щоб уникнути відривання залізобетонної пли­ти від сталевої балки і забезпечити щільність шва, відстань між будь-якими з'єднувальними елементами не повинна перевищувати восьми­кратної середньої товщини плити.

Ь, red

F, =

І,

3 умови передачі зусиль крок анкерів та упо­рів визначається не лише їх несучою здатністю, але й зусиллями зсуву, які виникають між ста­левою балкою та залізобетонною плитою. За умо­ви збереження гіпотези плоских перерізів для оцінки погонних зсувних зусиль найпростішим є вираз, отриманий з формули Журавського,

Q-S

(иле)

Red

Де Q — поперечна сила у балці; Sbi red —■ зведений статичний момент перерізу залізобетонної плити відносно центра ваги всього сталебетонного пере­різу; Ired — зведений момент інерції сталебетон­ного перерізу. Для отримання зсувного зусилля, яке діє на анкер, необхідно домножити значення за (11.16) на крок анкерів. Або потрібний крок анкерів

I /-^i

А — упори з відрізків швелера; б — вертикальні стержневі з головками; в — похилі та вертикальні стержневі.

F'

(11.18)

ОЬ2АЬ),

Рис. 11.12. Гнучкі упори та анкери:

1 s, max

(11.17)

Сьогодні для розрахунку елементів з'єднання застосовують також і більш загальну формулу, не пов'язану з гіпотезою плоских перерізів:

Fs = ~(cblAb

Де оьь стЬ2 — напруження в бетоні на рівні центрів ваг перерізів, що обмежують зліва і справа ділянку плити завдовжки а (тут не вра­ховано арматуру плити, що справедливо лише у випадку її конструктивного армування; коли ж площі арматури плити суттєві, у вираз (11.18) необхідно внести корективи).

Окрім цього, треба зазначити, що на кінцевих ділянках залізобетонної плити виникають достат­ньо великі зсувні та відривні зусилля, зумовлені зсіданням бетону та температурними впливами, оцінка яких потребує особливого розрахункового підходу, викладеного у спеціальній літературі [38].