§ 80. ОБДЕЛКИ БЕЗ СВЯЗЕЙ РАСТЯЖЕНИЯ В СТЫКАХ (ч. 3)

Подбор арматуры железобетонных блоков. Так как блоки подвергаются действию моментов обоих знаков, обусловленных эксцентрическим приложением нормальных сил в стыках, и должны быть взаимно заменяемыми, наиболее употребительно их симметричное армирование. Лишь для блоков, образующих трехшарнирную арку, в которых преобладают односторонние (обычно отрицательные) моменты, может оказаться целесообразным несимметричное армирование, если они отличаются от стандартных геометрическими размерами или конструкцией примыкания к замку.

Подбор арматуры по найденным значениям М и N, которые приведены к ширине блока 6, производят в соответствии с указаниями СНиП II-В.1-62 с учетом увеличения эксцентриситета приложения нормальной силы в результате прогиба внецентренно сжатого стержня.

Расчетную длину блока, рассматриваемого как двухшарнирная арка, принимают равной l0 = 0,54S, где S — длина оси блока. (В действительности все блоки, кроме блока, находящегося в безотпорном участке, находятся в упругой среде и поэтому имеют меньшую расчетную длину.)

Коэффициент η увеличения эксцентриситета для стержней прямоугольного сечения

Коэффициент увеличения эксцентриситета для стержней прямоугольного сечения,
(235)
 

где Rи — расчетное сопротивление бетона сжатию при изгибе.

Для обычных соотношений размеров блока (l0/h < 10) можно принимать с = 400, что соответствует среднему проценту1 армирования блока (≈1%). В этом случае можно не учитывать также влияния длительного действия нагрузки на деформации блока. Иначе для подбора арматуры вместо М и е0 = M/N, полученных из статического расчета, вводят приведенные значения Мп и еоп (СНиП II-B.1-62, п. 7-51).

При симметричном армировании высота сжатой зоны сечения

Высота сжатой зоны сечения при симметричном армировании .
(236)
 

Если блок имеет ребристое сечение, в формулу (236) подставляют ширину блока b (при М > 0) или сумму ширины ребер 2b0 (при М < 0).

Возможны следующие основные случаи (рис. 285):

при 2а' ≤ х ≤ 0,55h0

Площадь арматуры бетонных блоков,
(237а)
 

где ;

при х < 2а'

Площадь арматуры тюбингов;
(237б)
 

при х > 0,55h0

.
(237в)
 
Подбор арматуры блока
Pиc. 285. Подбор арматуры блока

Во всех случаях площадь односторонней арматуры Fa = Fa' должна быть не менее μbh0 где μ = 0,15 % для бетона марки 400 и μ = 0,2 % для бетона марки 400, если l0/h > 10. В качестве рабочей арматуры принимают стержни диаметром не менее 12 мм из горячекатаной стали круглой класса А-I (Rа = Rас = 2100 кгс/см2) или периодического профиля класса А-II (Rа = Rас = 2700 кгс/см2).

Усиление стыков между блоками. Наиболее ответственными местами сборной железобетонной обделки являются стыки между блоками, где нормальные силы передаются через небольшие площадки контакта, вызывая значительную концентрацию напряжений, которая может быть причиной образования трещин и отколов, тем более что соприкасающиеся торцы блоков состоят из неармированного бетона.

Специальные указания по расчету усиления стыков железобетонных тоннельных обделок в литературе отсутствуют.

При проектировании сборных железобетонных обделок могут быть использованы указания СНиП II-В.1-62 по расчету железобетонных элементов на местное смятие. Согласно п. 7.13 при недостаточной прочности стыка у торца элемента устанавливают сварные сетки (рис. 286), охватывающие продольную арматуру на участке длиной, считая от торца элемента, не менее двадцати или десяти ее диаметров соответственно для гладкой арматуры и арматуры периодического профиля. Косвенное армирование ограничивает поперечные деформации бетона, как бы заключенного в обойму, и значительно повышает несущую способность стыка, одновременно предотвращая образование трещин и отколов.

Усиление торцов блоков сетками
Рис. 286. Усиление торцов блоков сетками: 1 — стержень-фиксатор; 2 — уплотнение канавки; 3 — сетки косвенного армирования

Несущая способность усиленного таким образом стыка может быть определена по формуле

Nст = ξRпрFсм + μkRаFя,
(238)
 

где ξ — коэффициент, учитывающий действие бетонной обоймы:

Коэффициент учитывающий действие бетонной обоймы.
(239)
 

Допустимые значения ξ лежат в пределах от 2 до 3,5; Fя — площадь ядра, ограниченная сеткой; Ra — расчетное сопротивление арматуры сеток (для проволоки диаметром 3—5,5 мм R = 3150 кгс/см2); F = bh — площадь сечения блока; Fсм = xh — площадь смятия, высота которой в зависимости от конструкции стыка равна:

для плоского стыка без связей

Ширина площадки смятия для плоского стыка без связей;
(240)
 

для плоского стыка с болтовыми связями

.
(241)
 

Величина площадки смятия в месте контакта цилиндрических поверхностей разных радиусов в значительной степени зависит от пластических деформаций бетона и, следовательно, от длительности действия нагрузки. Наименьшие размеры площадки соответствуют упругой работе бетона в месте контакта. В связи с пластическими деформациями бетона высота площадки смятия больше высоты, соответствующей упругой работе стыка. Поэтому изложенный ниже расчет дает преувеличенное армирование для цилиндрических стыков, что необходимо иметь в виду. Используя формулу Герца при коэффициенте поперечной деформации ν = 0,17, получим:

для цилиндрического стыка, см,

Ширина площадки смятия для цилиндрического стыка,
(242)
 

где р = Nш/b — удельное давление в стыке, кгс/см; Еб — модуль упругости бетона, кгс/см2; r1 и r2 — радиусы кривизны вогнутого и выпуклого торцов блока, см, (см. рис. 286).

Входящий в формулу (238) объемный коэффициент косвенного армирования μк характеризует степень насыщения опорных частей блока арматурой сеток:

Степень насыщения опорных частей блока арматурой,
(243)
 

где n1, l1, n2, l2 — число и длины взаимно перпендикулярных стержней сетки, имеющих площадь сечения соответственно f1 и f2; s — расстояние между сетками.

Приравнивая значение нормальной силы в стыке несущей способности стыка Nст, можно определить величину коэффициента μк и подобрать соответствующие ему параметры сеток.

Обычно в зоне стыка располагают не менее трех сеток, причем первая из них находится на расстоянии защитного слоя от поверхности контакта блоков.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены