Определение усилий в плите проезжей части

Плита проезжей части находится в сложном напряженном состоянии. В составе главных балок она работает на сжатие в про­дольном направлении от общего действия нагрузки, составляя сжатую зону балок. Кроме того, плита проезжей части работает в (поперечном направлении, воспринимая местное действие времен­ной нагрузки и принимая участие (в бездиафрагменяых пролет­ных строениях) в распределении нагрузки между главными бал­ками. Изгибающие моменты, и поперечные силы в плите, возникаю­щие при ее работе в поперечном направлении, определяют коли­чество ее рабочей арматуры. Толщину плиты принимают обычно 15 см.

Расчетная схема плиты зависит от способа объединения плит. В бездиафрагменных пролетных строениях, где плиты соседних балок жестко объединены, плиту следует рассматривать как мно­гопролетную балочную систему на упруго оседающих опорах.

В пролетных строениях с диафрагмами, где плиты соседних балок не объединены, плиты следует рассматривать как консольные.

В поперечном направлении плиту рассчитывают на постоянные и временные нагрузки. Постоянная нагрузка слагается из веса самой плиты, выравнивающего, изоляционного и защитного слоев, а также покрытия проезжей части. В качестве временных нагру­зок рассматривают нагрузки от автотранспортных средств в виде полос АК с осевой нагрузкой Р и равномерно распределенной нагрузкой интенсивности v, а также от тяжелых одиночных колес­ных и гусеничных нагрузок. Максимальные моменты в плите возникают обычно от колесных нагрузок.

Следует иметь в виду, что усилие Р от колеса, действующее на поверхность покрытия по прямоугольной площадке с условными размерами а₂ и b₂ (рис. 5.1), распределяется покрытием и дру­гими слоями, расположенными по плите проезжей части, примерно под углом 45°. На уровне поверхности железобетонной плиты оно действует уже на площадку со сторонами

b₁ = b₂ +2H и a₁ = a₂ + 2H, (5.1)

где Н — толщина всех слоев одежды ездового полотна.

Экспериментальными исследованиями установлено, что в рабо­ту на изгиб включается участок плиты, ширина которого больше ширины площадки а₁распределения нагрузки поперек пролета плиты.

Расчетную ширину полосы плиты рекомендуется принимать

a = a₁ + l_b/3 , но не менее a = 2*l_b/3 (5.2)

где l_b, — пролет плиты.

Рис. 5.1. Схема для определения изгибающего момента в плите при загружении ее одним колесом

Рис. 5.2. Схема загружения плиты Рис. 5.3. Схема для определения подвумя сближенными тележками перечной силы в плите

При большом пролете плиты расчетным может оказаться случай загружения ее двумя сближенными тележками (рис. 5.2). Рабо­чую ширину плиты в этом случае принимают по наружным гра­ницам распределения крайних грузов идля двух колес она составляет

2a = a₁ – d + + l_b/3, (5.3)

где d — расстояние между осями тележек, равное 1,5 м.

Ширина распределения нагрузки по плите в этом случае

b = b₁ + с, (5.4)

где с — минимальное расстояние между колесами соседних тележек, принимае­мое равным 1,1 м. При расположении колеса у опор плиты усилие распределяет­ся в перпендикулярном к пролету плиты направлении (рис. 5.3) на ширину

a_x = a₁ – 2x, но не более а = а₁ + l_b/3. (5.5)

При расчете плиты обычно рассматривают ее полосу шириной 1 м. Эту полосу загружают нагрузкой от ее собственного веса и нагрузкой от АК или НК.-80. Изгибающие моменты в плите рас­считывают по принимаемым расчетным схемам. В плите бездиафрагменных пролетных строений изгибающие моменты допус­кается вычислять следующим приближенным способом. Вначале вычисляют наибольший изгибающий момент М₀ в середине проле­та плиты как в простой балке на двух шарнирных опорах. Затем вычисляют изгибающие моменты в пролетах и на опорах нераз­резной плиты умножением момента М₀ на поправочные коэффи­циенты, учитывающие влияние защемления плиты в ребрах и их податливости. В связи с тем что плита в бездиафрагменных про­летных строениях участвует в поперечном распределении нагрузки между балками, в ней в середине пролета и у опор могут возни­кать изгибающие моменты обоих знаков. Поправочные коэффи­циенты дают возможность вычислять в связи с этим два значения моментов для середины пролета и для опоры. Плиту необходимо проверять на моменты обоих знаков.

Расчетные значения изгибающих моментов с учетом поправоч­ных коэффициентов можно принимать:

в середине пролета М₊ = 0,5М₀; M__{_}= - 0,25М₀; на опорах М₊ = 0,25М₀; М_= - 0,8М₀.

Значения М₀ для плиты при учете воздействия двух колес тележки АК или колес НК-80 вычисляют с учетом схемы загружения и наличия равномерно распределенной нагрузки v.

По полученным расчетным значениям усилий подбирают арма­туру для плиты и затем производят проверку ее прочности и трещиностойкости как прямоуголь­ного изгибаемого элемента. Рекомендуется такая последовательность выполнения этих расчетных операций:

1. Принимают по данным ана­логичных конструкций толщину плиты h_f, диаметр рабочей арма­туры d и толщину защитного слоя δ₃.

2. Вычисляют рабочую высоту плиты

3. Принимают приближенно плечо внутренней пары сил

z~0,925h_o

4. Вычисляют необходимое количество арматуры для середины пролета и на опоре плиты для верхней и нижней их зон по фор­муле

A_s=M/zR_s

5. Подбирают по таблицам необходимое количество стержней и производят расстановку их в сечениях в соответствии с рекомен­дациями, данными в п. 15.2 СНиП 2.05.03-84. Решают вопрос о переводе части стержней путем их отгиба из одной зоны в дру­гую.

6. Проверяют несущую способность сечения по изгибающему моменту

M = R_bbx (h_o – 0,5x),

где x =

7. Производят расчет плиты на прочность при действии попе­речной силы по формулам (94) и (101) СНиП 2.05.03-84.

8. Производят расчет по раскрытию трещин но формуле (124) СНиП 2.05.03-84 с учетом того, что плита армируется напрягаемой арматурой и относится к категории требований по трещиностойкости Зв, но для которой допускается раскрытие трещин не более 0,02 см. Если какая-либо из проверок в сечениях плиты не удовле­творяет требованиям норм, то рекомендуется в них увеличить ко­личество арматуры.