§ 80. ОБДЕЛКИ БЕЗ СВЯЗЕЙ РАСТЯЖЕНИЯ В СТЫКАХ (ч. 1)

Особенности работы и статического расчета сборных железобетонных обделок. Сборные железобетонные обделки состоят из блоков сплошного или ребристого сечения, в стыках между которыми отсутствуют связи, препятствующие раскрытию стыков. Напряженное состояние сборной обделки в сильной степени зависит от конструкции, числа и расположения стыков между блоками. В конструктивном отношении характерны следующие решения:

• шарнирные стыки, к которым относятся стыки с упругими прокладками между плоскими торцами блоков и цилиндрические стыки;
• плоские стыки, которые в случае блоков ребристого сечения могут иметь монтажные болтовые связи.

Особенностью железобетонных обделок из блоков с плоскими стыками является наличие в стыках зазоров, возникающих до начала работы конструкции в рабочей стадии. Причинами появления начальных зазоров могут быть трудно учитываемые и случайные факторы (например, неточности изготовления блоков, искажение формы обделки при монтаже вследствие отсутствия или несовершенства применяемых приспособлений, влияние связей между кольцами и т.п.).

Наличие начального зазора, при котором блоки соприкасаются не по всей площади торцов, а лишь по узкой площадке у одной из граней, вызывает смещение нормальной силы к наружной или внутренней грани блока с возникновением в стыке соответственно положительного или отрицательного момента (рис. 276). Такие изгибающие моменты от эксцентриситета нормальной силы в стыке могут достигать значительной величины. При расчете обделки следует исходить из наиболее неблагоприятного расположения начальных зазоров, при котором конструкция имеет минимальную несущую способность. Выявление такого расположения зазоров связано с большими трудностями, так как общее число сочетаний начальных зазоров весьма велико. Так, для симметричной обделки с зазорами во всех n стыках оно равно 2ⁿ (при n = 7,2ⁿ = 128). Поэтому в основу расчета сборных обделок с плоскими стыками положено построение огибающей эпюр моментов, учитывающей все возможные сочетания начальных зазоров.

Статический расчет сборных железобетонных обделок производят с учетом конструкции и расположения стыков, которые в первой стадии расчета рассматривают как шарнирные. Расчетная схема обделки изображена на рис. 277, а. Два верхних блока образуют трехшарнирную арку, опирающуюся на вписанную в контур выработки ломаную балку на упругих опорах, помещенных в местах стыков и в средних точках блоков. В действительности на небольшом участке около опорной точки арка находится в контакте с упругой средой, однако влиянием отпора на этом участке можно пренебречь в запас прочности конструкции. Вкладыш-замок вследствие небольшой длины рассматривают как шарнир.

В качестве неизвестных, определяемых по методу сил, принимают изгибающие моменты в средних точках блоков, находящихся в зоне взаимодействия обделки с породой (рис. 277, б).

Конструкцию стыков учитывают последующим введением в шарниры возникающих в них моментов.

В случае цилиндрических шарниров и плоских стыков с упругими прокладками моменты возникают от эксцентрического приложения нормальных сил вследствие неточностей изготовления и монтажа блоков, а также в результате образования зон пластических деформаций в месте контакта между блоками. При современной технологии изготовления и монтажа блоков следует считаться с возможностью эксцентриситета е0 в стыке, достигающего ±0,1h, где h — высота сечения блока (см. ВСН 111-64).

Момент в стыке М_ст = N_шe₀, где N_ш — нормальная сила в шарнирной обделке с шириной кольца b.

При наличии между плоскими торцами ребристых блоков монтажных болтов в стыках возникают дополнительные изгибающие моменты от затягивания болтов при монтаже. Их величины различны в зависимости от того, с какой стороны происходит раскрытие начального зазора в стыке. Так, при раскрытии стыка изнутри (рис. 278, а) нормальная сила смещается к наружной грани торца, образуя площадку смятия высотой

,

(220)

где N_б — усилие в болтах одного ряда общей площадью F_б [см. формулу (210)]; R^н_и — нормативное сопротивление бетона на сжатие при изгибе; k_б — коэффициент однородности бетона (k_б = 0,60).

Этому случаю соответствует положительный момент в стыке

.

(221)

При раскрытии стыка снаружи (рис. 278, б) площадка смятия образуется у чеканочной канавки и в стыке возникает отрицательный момент:

.

(222)

В этом случае при с₂ < x/2 можно считать N_б = 0.

При отсутствии растянутых связей между плоскими торцами блоков (N_б = 0) изгибающие моменты возникают в зависимости от того, с какой стороны образуются начальные зазоры. В этом случае:

(223)

Из приведенных формул следует, что для снижения стыковых моментов целесообразно уменьшение величин d₁ и d₂, что может быть достигнуто соответственно устройством фаски с наружной стороны и увеличением глубины а чеканочной канавки. Более рационально применение цилиндрических стыков и стыков с упругими прокладками, обеспечивающих меньшие эксцентриситеты приложения нормальных сил. При этом несколько усложняются изготовление блоков и монтаж обделки, но условия ее работы значительно улучшаются. Обделки с шарнирными стыками обладают повышенной трещиностойкостью и водонепроницаемостью по сравнению с обделками, имеющими обычные плоские стыки. Общим свойством сборных обделок со стыками рассмотренных конструкций является возможность возникновения в стыках моментов разных знаков. По значениям моментов в стыках строят огибающую эпюр стыковых моментов. В результате суммирования ординат огибающей с ординатами эпюр моментов на блоках из расчета шарнирной обделки получают огибающую эпюр моментов, учитывающую наиболее неблагоприятное положение нормальных сил в стыках. Огибающая для блока, входящего в состав трехшарнирной арки, изображена на рис. 279.