З огляду на незадовільний стан балок прогонової будови і їх недовговічність прийнято рішення про заміну конструкцій прогонової будови. Прогонові будови споруджені зі збірних залізобетонних балок по серії 3.503.1-73. Балки виготовлені в укороченою опалубці балок Б1200.130.93-1-28АIIIс-1, Б1800.130.93-1-28АIIIс-1. Збірні балки об'єднані ділянками омоноличивания. Об'єднання монолітними ділянками вироблено по всій ширині моста. У поперечному перерізі балки розставлені на різних рівнях по висоті для забезпечення поперечного ухилу 2%. Посередині мосту влаштовано двостороннє бар'єрну огорожу на монолітному залізобетонному цоколі. Над проміжними опорами передбачено об'єднання прогонової будови в температурно-нерозрізну схему по плиті балок прогонової будови. Для компенсації поздовжніх температурних деформацій на крайніх опорах влаштовані деформаційні шви MaurerD-50 (рис. 3).
На палях проміжних опор, як і на ригелях цих опор, були тріщини, відколи захисного шару, корозія арматури, були видні сліди вилуговування бетону (рис. 4). В ході ремонту потрібно було виконати обв'язку існуючих паль в «сорочки» з монолітного залізобетону і спорудити нові ригелі опор з монолітного залізобетону. На крайніх опорах підлягали заміні шафові стінки і Відкрилки опор (рис. 5).
Таблиця 3. Основні технічні характеристики моста після капітального ремонту
Число смуг руху
Ширина прогону
Ширина проїжджої частини
Клас рухомого навантаження
Тип дорожнього одягу
Схема моста (довжини прольотів)
11,36 + 16,76 + 11,36 (температурно-нерозрізна схема)
Довжина прогону
Довжина моста (по перехідним плитам)
Бетон існуючих паль - В20, W8, F300 по ГОСТ 26633-91.
Бетон ригелів і «сорочок» - В30, W8, F300 по ГОСТ 26633-91.
Бетон конструкцій прогонових будов - В30, W8, F300 по ГОСТ 26633-91.
Розрахунок проміжної опори моста виконувався відповідно до нормативних документів [1-4], а також з урахуванням даних проектної документації [5-8].
- на основі конструктивних рішень, прийнятих під час спорудження моста (ці рішення були визначені в ході передремонтної обстеження), а також на базі інженерно-геологічних вишукувань визначено несуча здатність паль по грунту і мінімальна глибина забивання паль в грунт, несуча здатність паль за матеріалом і мінімальне армування поперечних перерізів паль;
- на основі конструктивних рішень, прийнятих під час ремонту моста, перевірені несуча здатність паль по грунту і несуча здатність паль за матеріалом.
Розрахунок виконаний з використанням програмного комплексу SCAD версії 11.5.
Розрахункові схеми проміжних опор моста представляють собою лінійно-пружні просторові моделі несучих конструкцій для обчислення в них деформацій і внутрішніх зусиль від заданих навантажень за методом кінцевих елементів (рис. 7).
Конструкції паль представлені двовузлового просторовими стрижневими кінцевими елементами, які працюють без урахування деформацій зсуву по моделі Бернуллі.
Конструкції ригеля і «сорочок» паль представлені чотирикутними четирехузловимі кінцевими елементами пологих оболонок, які працюють без урахування деформацій зсуву по теорії Кірхгофа.
Сітка кінцевих елементів побудована в плані на осях паль і зовнішньому контурі ригеля. Характерна розбивка сітки кінцевих елементів ригеля - 0,10 м в поперечному напрямку (по осі X) і 0,25 м в поздовжньому напрямку (по осі Y). Розбивка сітки кінцевих елементів «сорочок» паль відповідає в плані розбивці сітки кінцевих елементів ригеля, а по висоті (по осі Z) становить 0,25 м. Розбивка паль по висоті на кінцеві елементи виконана з кроком 0,50 м. Для забезпечення жорсткого сполучення палі заводяться в «сорочку» на один кінцевий елемент по висоті.
Взаємодія паль з навколишнім грунтом ортогонально бічній поверхні відтворюється за моделлю Вінклера зі зростаючим коефіцієнтом пружного відсічі по глибині занурення:
k - коефіцієнт пропорційності;
z - глибина занурення паль в грунт.
Умовна ширина палі приймається рівною:
d - сторона прямокутного перетину паль за відповідною бічній поверхні.
Взаємодія паль з навколишнім грунтом підстави в поздовжньому напрямку здійснюється через зв'язки кінцевої жорсткості, що встановлюються на нижніх торцях і діючі по висоті (по осі Z):
G1 - модуль зсуву прорізати шарів грунту, усереднений в межах глибини занурення паль;
L - довжина паль;
β '- коефіцієнт, що відповідає абсолютно жорсткої палі (EA = ∞) і визначається за формулою:
kν - коефіцієнт, який визначається за формулою:
ν1 - коефіцієнт Пуассона прорізати шарів грунту, усереднений в межах глибини занурення паль;
G2 і ν2 - модуль зсуву і коефіцієнт Пуассона шарів грунту підстави, що розглядається як лінійно-деформований півпростір, осредненние в межах глибини 0,5 ∙ L від нижніх торців паль;
d - розрахунковий діаметр для паль некруглого перетину, який вираховується за формулою:
A - площа поперечного перерізу палі.
Модулі зсуву грунту визначаються за формулами:
Жорсткістні характеристики кінцевих елементів визначаються в залежності від фізико-механічних характеристик матеріалів будівельних конструкцій та геометричних характеристик їх поперечних перерізів. Для лінійно-пружної моделі несучих конструкцій, матеріал яких вважається ізотропним, основними фізико-механічними характеристиками є модуль пружності і коефіцієнт Пуассона.
Як матеріал будівельних конструкцій проміжних опор використовуються:
- для існуючих паль: бетон класу по міцності B20, сталь арматурна класу AI, приймається модуль пружності бетону E = 2,75 · 10 6 тс / м 2. коефіцієнт Пуассона ν = 0,20;
- для ригелів та «сорочок» паль: бетон класу по міцності B30, сталь арматурна класу AIII, приймається модуль пружності бетону E = 3,31 · 10 6 тс / м 2. коефіцієнт Пуассона ν = 0,20.
Геометричні характеристики поперечних перерізів існуючих паль, ригелів і «сорочок» паль (площі, моменти інерції і ін.) Обчислюються по заданих параметрах, що відповідають їх типам.
Параметрами прямокутних перетинів стрижневих елементів існуючих паль є висота і ширина, параметром елементів оболонок ригелів і «сорочок» паль є товщина.
Значення параметрів поперечних перерізів відповідають значенням, описаним вище в конструктивних схемах проміжних опор (рис. 8, 9).
Навантаження, які діють на розраховуються конструкції, задаються у вигляді вузлових сил, а також місцевих розподілених сил з розрахунковими значеннями. За характером і типом впливу навантаження об'єднуються у відповідні завантаження:
- завантажені 1 - навантаження від власної ваги основних несучих конструкцій проміжної опори (рис. 10);
- завантаження 2-15 - вертикальні навантаження від опорних реакцій прогонових будов, що визначаються впливами власної ваги, ваги мостового полотна, ваги парапетів, ваги огорож, ваги рухомого складу А11 (схема варіанту 2). Завантаження 2-15 відрізняються між собою розподілом значень опорних реакцій по ширині прогону, пов'язаних зі зміною положення і кількості смуг руху рухомого складу (рис. 11);
- завантаження 16-19 - горизонтальні навантаження від опорних реакцій прогонових будов, що визначаються впливами гальмування рухомого складу А11. Завантаження 16-19 відрізняються між собою значеннями опорних реакцій по ширині прогону, пов'язаними зі зміною кількості смуг руху рухомого складу (рис. 12).
Для отримання екстремальних показників напружено-деформованого стану системи, на яку діють кілька завантажень, при розрахунку конструкцій проміжних опор обчислюються 14 комбінацій завантажень.
Розрахунки конструкцій проміжних опор з урахуванням взаємного впливу паль в кущі виконуються ітераційним методом в наступній послідовності:
- проводиться розрахунок конструкції проміжної опори без урахування взаємного впливу паль в кущі, при цьому визначаються опорні реакції в елементах зв'язків кінцевої жорсткості, що моделюють взаємодію паль з навколишнім грунтом підстави в поздовжньому напрямку, а також вертикальні переміщення їх вузлів;
- будується матриця взаємного розташування паль в кущі;
- будується матриця взаємного впливу паль в кущі:
- визначаються додаткові вертикальні тиску на зв'язку кінцевої жорсткості, що викликають еквівалентні додаткові опади при взаємному впливі в кущі (рис. 13-15);
- визначаються сумарні опади кожної палі з урахуванням взаємного впливу в кущі і додаткових вертикальних тисків на зв'язку кінцевої жорсткості.
Якщо значення сумарних осад на двох наступних ітераціях відрізняються незначно (не більше ніж на 1%), то ітераційний розрахунок можна завершити.
На рис. 16-18 показані внутрішні зусилля в елементах палі N, My, Mz від комбінації завантажень C20 на 1-й і 5-й ітераціях.
На рис. 19 і 20 проілюстровані вертикальні переміщення торців паль від комбінації C20 на 1-й і 5-й ітераціях.
Оцінка несучої здатності палі по грунту
Забивна паля 0,35 м · 0,30 м L = 11,00 м
- Відмітка підошви ростверку: 158,90 + 2,90-0,05-0,40 = 161,35
- Відмітка верху палі після забивання до пристрою ростверку: 161,35 + 0,50 = 161,85
- Відмітка занурення нижнього кінця палі: 161,85-11,00 = 150,85
- Глибина занурення нижнього кінця палі: 158,90-150,85 = 8,05 м
- Товщина шару грунту ІГЕ № 5 до позначки занурення нижнього кінця палі: 151,50-150,85 = 0,65 м
