Методика расчета сталежелезобетонного пролетного строения моста с разделением материала по нейтральной оси

Введение. В сталежелезобетонных пролетных строениях прочность железобетона используется не полностью из-за двухстадийного включения в работу поперечного сечения и нерационального распределения материалов сечения. Чтобы повысить эффективность работы используемых материалов, предлагается объединять стальную и железобетонную часть по нейтральной оси поперечного сечения. При такой конструкции поперечного сечения сталь будет находиться всегда в растянутой зоне, а бетон в сжатой. Реализовать такую конструкцию возможно при сооружении пролетного строения в одну стадию из сталежелезобетонных блоков заводского изготовления.

Материалы и методы. Реализовать методику расчета с разделением материала по нейтральной оси возможно при организации монтажа пролетного строения в одну стадию, приняв, что сечение пролетного строения работает в упругой стадии, и выполняя законы строительной механики. Чтобы охватить особенности расчета разрезных и неразрезных пролётных строений, принята консольно-балочная статическая схема.

Результаты. Представленные результаты аналитического расчета позволяют оценить расход материалов при изготовлении пролетного строения. Расход стали исследуемого пролетного строения – 6,12 т/п.м., расход железобетона – 6,54 м3/п.м.

Монтаж пролетного строения. Описан монтаж пролетного строения с учетом особенностей конструкции.

Выводы. Определена оптимальная статическая схема пролетного строения. Разработана методика расчета сталежелезобетонного пролетного строения с разделением материала по нейтральной оси. Выполнен аналитический расчет по подбору геометрических параметров поперечных сечений пролетного строения.

1. Козак Н.В. Экспериментальное исследование режима работы гибких штыревых упоров сталежелезобетонного пролётного строения существующего автодорожного моста // Транспортные сооружения. 2022. Т. 9, № 1. DOI 10.15862/07SATS122. EDN CLALTW.

2. Козак Н.В. Комплексный анализ существующих методик проверки выносливости гибких штыревых упоров сталежелезобетонных автодорожных мостов по нормативам ряда стран // Транспортные сооружения. 2021. Т 8, № 2. С. 10SATS221. URL: https://t-s.today/10SATS221.html (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.15862/10SATS221 EDN: MRLPEF

3. Козлов А.В. Расчет сталежелезобетонных мостов с учетом сдвига плиты по верхнему поясу балки // Строительная механика и конструкции. 2018. № 4. С. 64–71. URL: item.asp?id=36545559 (дата обращения: 24.12.2021). EDN: YPUHVJ

4. Веселов В.В. Применение сталежелезобетонных конструкций в мостовых сооружениях // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2023. Т. 20, № 3. С. 633–644. DOI 10.20295/1815-588X-2023-3-633-644. EDN HGPJAF.

5. Мирсаяпов И.Т., Валиев А.Т. Исследование напряженно-деформированного состояния сталежелезобетонных балок нового типа железнодорожных мостов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 1(63). С. 31–42. DOI 10.52409/20731523_2023_1_31. EDN ECDUWC.

6. Бабалич В.С., Андросов Е.Н. Сталежелезобетонные конструкции и перспектива их применения в строительной практике России // Успехи современной науки. 2017. Т. 4, № 4. С. 205–208. EDN YROOWX.

7. Панова А.С., Сергеев Е.И. Особенности расчета сталежелезобетонных конструкций // Научный взгляд в будущее. 2019. Т. 1, № 14. С. 72–75. DOI 10.30888/2415-7538.2019-14-01-005. EDN CLPEEU.

8. Голованов В.А., Иванов Г.П. Анализ конструктивных решений малых мостов, выполненных из сталежелезобетона // Студенческий. 2019. № 25-1(69). С. 13–16. EDN SOIPXK.

9. Ngoc-Long T., Van-Phuc Ph., Morozov V. Investigating the corrosion initiation process in reinforced concrete structures under the impact of climate change // Architecture and Engineering. 2021. Vol. 6, No. 2. P. 37–44. DOI 10.23968/2500-00552021-6-2-37-44. EDN SHOTRV.

10. Pavlov A., Khegay A., Khegay T.Analysis of bending steel fiber reinforced concrete elements with a stress-strain model // Architecture and Engineering. 2020. Vol. 5, No. 3. P. 14–21. DOI 10.23968/25000055-2020-5-3-14-21. EDN FMJAIK.

11. Johnson R.P. Resistance of stud shear connectors to fatigue // Journal of Constructional Steel Research. 2000. Т 56. No. 2. pp. 101–116. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143974X99000826 (дата обращения: 10.12.2021). DOI: 10.1016/S0143-974X(99)00082-6

12. Hassanin A.I., Shabaan H.F., Elsheikh A.I. The Effects of Shear Stud Distribution on the Fatigue Behavior of Steel-Concrete Composite Beams // Arabian Journal for Science and Engineering. 2020. Т 45. No. 10. pp. 8403-8426. Режим доступа: https://link.springer.com/article/ (дата обращения: 10.12.2021). DOI: 10.1007/s13369-020-04702-4

13. Henderson I.E.J., Zhu X.Q., Uy B., Mirza O. Dynamic behaviour of steel-concrete composite beams with different types of shear connectors. Part I: Experimental study // Engineering Structures. 2015. Т 130. No. 15. pp. 298–307. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141029615005404 (дата обращения: 10.12.2021). DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.08.035

14. Xu C., Sugiura K., Su Q. Fatigue Behavior of the Group Stud Shear Connectors in Steel-Concrete Composite Bridges. Journal of Bridge Engineering. 2018. Т 23. No. 8. P. 4018055. Режим доступа: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29BE.1943-5592.0001261 (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001261

15. Xue W., Ding M., Wang H., Luo Z. Static Behavior and Theoretical Model of Stud Shear Connectors // Journal of Bridge Engineering. 2008. Т 13. No 6. pp. 623–634. Режим доступа: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%2910840702%282008%2913%3A6%28623%29 (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.1061/(ASCE)1084-0702(2008)13

16. Wang B., Huang Q., Liu X. Comparison of Static and Fatigue Behaviors between Stud and Perfobond Shear Connectors // KSCE Journal of Civil Engineering. 2019. Т 23. No. 1. pp. 217–227. Режим доступа: https://link.springer.com/article/ (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.1007/s12205-018-1303-0

17. Steven L.S., Rajan S., Steel bridges with double composite action // Transportation Research Record. Journal of the Transportation Research Board. 1696(1): pp.299–309, January 2000.

18. DU G., Pettersson, L., Karoumi, R., Steel soil composite bridge: an alternative design solution for short-span bridge towards sustainability // Archives of institute of civil engineering. 2017. Vol 23. pp. 45–52.

19. Subramanian N., Transportation Infrastructure Needs and Developments // New Building Materials & Construction World (NBM & CW). 2011. Vol.17, No. 3. pp. 106–124.

20. Reese G.A. Innovative Applications of Precast Concrete to Complex Bridge Projects in Colorado // Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, 2010. 2200(1). DOI: 10.3141/2200-18

21. Уткин В.А. Регулирование положения нейтральной оси при проектировании сечений сталежелезобетонных пролетных строений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2011. № 4(22). С. 39–42. EDN PBIJVF.