Анализи

Предварително напрегнати мостове – развитие на нормативната база

Доц. Димо Кисов, Милчо Решков – ВСУ „Любен Каравелов” Предварително напрегнатите връхни конструкции са приоритет при изграждането на мостове. Докато във високото строителство предварителното напрягане е по-скоро изключение, то рядко вече може да се срещне мост с отвори над 15 м без предварително напрегната връхна конструкция. До този момент за статическо изследване и оразмеряване са ползвани предимно немски правила и норми. С приемането на европейските стандарти доста от нещата се промениха както от гледна точка на натоварване, така и от гледна точка на осигуряване надеждността на мостовете. Обикновено за ширпотребата се използва напрягане преди бетониране. Тук в дадения пример ще наблегнем на него, въпреки че въпросите са комплексни. До този момент за статическо изследване и оразмеряване са ползвани предимно немски правила и норми. Въпросите ще бъдат разгледани в няколко аспекта:

натоварване и комбиниране на усилията (групи товари);

проверка на сеченията;

сравнителни изчисления за напрегнат елемент.

Ще се спрем само на сравнението на количеството напрегната армировка за избрания случай. До момента за подвижни товари при мостовете се използва БДС 1050, който в голяма степен е заимстван от СНИП (там товарите са същите, въпреки че методите на провеждане на оразмерителни процедури са много различни):

колони от триосни автомобили с тегло 300 КN в съчетание с тълпа по тротоарите от 4 КN/м2;

единични возила от по 800 КN – специален военен товар, състоящ се от четири оси по 200 КN.

Динамичният фактор се отразява с коефициент от 1,3 до 1,0 в зависимост от натоварената част на линията на влияние и отвора.

Горните товари се ползват също така за определяне на локалните усилия в плочи и други елементи, като разпределението на товара е до горен ръб плоча.

Реологичните фактори са приети по показатели, базирани главно на немските норми DIN4227, DIN4227, DIN1072, DIN1055. Данни за реалните условия и материали има много малко, но предвид очаквания приблизителен модел това е достатъчно.

Други въздействия освен постоянни товари с реология и подвижни товари не се отчитат при определянето на напрягащата сила.

По европейските стандарти ЕС 1-2 и националните приложения

Товарят се три ленти (ако има възможност и ако това дава меродавни усилия). Товарният модел LM1 включва както концентрирани сили, така и разпределен товар. Осевите натоварвания са съответно 300, 200, 100 КХ на ос. Разпределеният товар е от 9 до 2,5 КN /m2. Особеното е, че тези товари носят със себе си и динамичния фактор. До този момент имаше и все още има дискусия по въпроса за коефициентите на натоварване.

За определяне на усилията от локално действие се ползва друг модел LМ2 с осев товар 400 КN, като при местното действие товарът се разпределя до средата на плочата. Още тук ще споменем, че такъв товар е нереален (в ЕC1-2 e препоръчано да се ползва за главно натоварване на малки отвори на мостове) и в полза на сигурността някои държави вече са го ревизирали в крайна сметка до 200 КN на ос. Даже и тежките влекачи по европейските пътища са с ограничение до 130 КN на ос, а ние незнайно защо се опитваме по изкуствен начин да повишаваме изискванията.

Пълзенето и съсъхването са приети и отчитат съгласно предпоставките на ЕС. Особеното е, че при високи натискови напрежения в бетона от продължително действащи товари се отчита нелинейно пълзене. При нашия случай няма опасност от това.

Въздействия от температура – тя вече е в зависимост от района, в който се изгражда конструкцията, и е нужно да се вземе предвид нелинейното й разпределение по височина на сечението (предизвиква усилия и в статически определими конструкции). Това е въздействие, което се взема предвид в оразмерителните проверки, водещи до определяне на напрягащата сила.

 

Проверка на сеченията

 

По DIN4227 и последващи документи до този момент обикновено се работи с усилията от характеристични товари. Напрегнатата армировка се получава от условието за натиск в предварително натиснатия ръб на бетона от комбинация с Н 300. Обикновено се стремим да бъдем в зоната на ограничено напрягане при проверка с НК 800, което е меродавно при малки отвори. При определяне на напреженията от експлоатационни товари се вземат само вертикални подвижни товари, собствено тегло и дълготрайни процеси.

Пукнатини - ширината им се ограничава при допълнителен товар 35% и се определя по изчислителен път. Разбира се, по-точният критерий е определянето на ширината на пукнатините при пробно натоварване до разрушаване.

Напречната армировка се определя в изчислителен стадий на разрушение, в който товарите са с коефициент 1,75.

Общият коефициент на сигурност спрямо характеристичните товари се търси, като се работи с реална диаграма на стоманата с максимално удължение 1% и редуцирани напрежения за бетона (60% от клас по якост на натиск при 0,35% деформация при разрушаване), и трябва да е по-голям от 1,75.

Тези процедури са осъвременявани в годините от DIN 1045-1, а впоследствие от DIN Fachbericht 1 и DIN Fachbericht 2. Българските проектанти са ползвали опита на германските колеги и той е допринесъл за изпълнението на съоръжения с достатъчна надеждност даже и в настоящите условия при по-тежък и интензивен трафик.

По ЕС започваме с проверките по ЕГС. Работим за изясняване на усилията от LM1 – характеристични стойности. Търсим компресия за често повтарящи се товари на определено разстояние от последния кабел и, или въже. Разделят се коренно статически определимите от неопределимите конструкции, както и групите товари, за които се иска компресия. При статически неопределими конструкции се търси компресия само от квазистатични товари, това е новото в третирането на въпросите. Приемането предполага при непрекъснати греди отваряне на пукнатини в горния ръб при опорите. Това ще намали коравината на конструкцията и ще създаде проблеми с хидроизолирането на зоната, в която са разположени кабелите.

Например при статически определими системи се изисква компресия на 100 мм от крайния каналообразувател (респективно въже) да има натиск от често повтарящи се товари.

(Изхожда се от характеристичния товар LМ1, като осевото натоварване влиза с коефициент 0,75, а равномерното разпределение с 0,40.)

Ширината на пукнатините е ограничена – 0,2 мм за нечесто повтарящи се (редки) товари. Това почти винаги е изпълнено, ако има компресия за често повтарящи се товари. За проверка по КГС се използва коефициент на натоварване 1,35 за подвижните и постоянни товари. За работните диаграми се приемат максимални деформации в стоманата 2,5% а в бетона - 0,35%. Изчислителните съпротивления на стоманата се получават с коефициент 1,15, при бетона – 0,85/1,5. За съставяне на равновесните условия се приема равнинност на сеченията (основна разлика от нашите досега действащи норми за високото строителство).

За напречни сили доказателствата са в КГС, като краен резултат няма голяма разлика с  конструкциите, проектирани до момента.

При LM2 проблемите са големи, защото се налага армиране със стремена за поемане на големите напречни сили в плочите при плочо-гредови мостове. Някои държави, като Франция, са предприели мерки по въпроса, като при тях нивата на допустимите срязващи напрежения, при които не е необходима армировка, достига до 1,5 Мра. Засега не е прието изменение при ЕС, но жалкото е, че и у нас няма реакция по въпроса. Това редуциране пък в немските документи е направено в посока намаляване на осевия товар до малко под 200 KN (това съответства на сегашното НК 800).

 

Нива на напрягане, допустими за високоякостната армировка

 

По досега действащите нормативи постепенно във времето се увеличаваше допустимото ниво на напрягане във високоякостната армировка, както и нейните качества – обикновено в момента това са 75% (от 55% в първото издание) от якостта на материала и 85% от условната граница на провлачване. При пресата е допустимо още 5% донапрягане с цел намаляване на проблемите от триене в каналите. При действащите ЕС този праг е увеличен до 80% от якостта и 90% от границата на провлачване. При пресата се допуска още 5% допълнително увеличаване на силата, за да компенсират загубите от триене.

 

Сравнение на количеството напрегната армировка за главни греди с дължина 18 м

 

В табл. 1 са дадени характеристиките на напречното сечение на главната греда с отвор 17,70 м, усилията за главна греда са определени, като е решена равнинна редоскара с натоварване по БДС 10-50. При този случай е процедирано както обикновено правим досега. Търсим компресия за комбинация с Н 300 и ограничено напрягане – при НК 800. Работи се с характеристични товари.

В табл. №2 са дадени напрежения по височина на гредата от различни етапи на натоварването и се вижда, че има само натискови напрежения при Н 300 и малък опън при НК 800.

В таблица 3 са дадени напреженията в сечения на гредата в средата на отвора при LM1 – често повтарящи товари. Товарната група е с преобладаващ вертикален товар. С цел за по-ясно сравними критерии тук не е взета под внимание неравномерната температура по височина, която влиза с 60% в товарната група. Вижда се, че имаме натиск и в случая условието е изпълнено. В таблица 4 е направена проверка за отваряне на пукнатини от рядко повтаряща се комбинация. Тук следва да се уточни кое ще се ползва като наименование „нечесто повтаряща се” или „рядко повтаряща се”.

Така или иначе в годините сме се ръководили от немски източници за изследване на предварително напрегнати конструкции, редно е да продължим и занапред – по много причини.

Преминаването към ЕС ще стане бавно, понеже до момента няма достатъчно практически ползваеми сравнителни анализи.

Позицията на БИС да не предоставя новите норми е позиция на държавни служители, които не се водят от интересите на обществото (една страница на ксерокс е 2-3 лв.). По този начин не може да има масовост и приемственост.

Трябва да се правят повече консултации за нормите с хората, които ще ги използват, а не с преводачите от английски на български. Нормите ще заработят, когато престанат да бъдат само обект на публикации и научни трудове.

Предстоят много изменения в още невлезлите в сила норми, които ще допринесат за уточняване на позициите в проектантските звена. Добре е, преди да се приемат някои наредби, да се тестват практически.

Резултатите по двата начина на смятане почти се покриват и това е много важно като резултат, който показва, че и съществуващите мостове са адекватни по отношение на количеството напрегната армировка. Може да се очаква разлика не повече от 10% занапред (ако няма чувствителни промени).

Не се сбъднаха „научните прогнози” в годините, че с влизане на европейските норми ще се увеличи много количеството армировка в предварително напрегнатите конструкции. Нещо повече, при статически неопределимите конструкции тя се намалява, което пък е друг казус за разсъждение.

За да се въведат нормите, трябват преди всичко специалисти и експерти, доказали своята компетентност в практиката. Мостовете имат в себе си много философия и традиции, но не могат да се извайват с философски трактати.