МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автомобильных дорог, мостов и тоннелей
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по курсу « Строительство автодорожных мостовых сооружений»
для студентов направления подготовки 08.04.01 «Строительство»,
профиль: «Автодорожные мосты и тоннели», «Строительство автомобильных дорог, аэродромов и объектов транспортной инфраструктуры»
на тему: «Расчет и конструирование несъемной железобетонной опалубки стоечных опор мостов»
Казань
УДК (69+69.002.5):624
ББК 38.6;38‾5
С86
Составитель Иванов Г.П.
С86 Учебно-методическое пособие к практическим занятиям покурсу «Строительство автодорожных мостовых сооружений» для студентов направления подготовки 08.04.01 «Строительство», профиль: «Автодорожные мосты и тоннели», «Строительство автомобильных дорог, аэродромов и объектов транспортной инфраструктуры» /Г.П. Иванов – Казань: Изд-во Казанск. гос. архитек.-строит. ун-та, 2017.– 32 с.
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета
УД (69+69.002.5):624
ББК 38.6;38‾5
© Казанский государственный
архитектурно-строительный
университет, 2017
© Иванов Г.П., 2017
Введение
Опалубка – совокупность элементов и деталей, предназначенных для образования формы монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, возводимых на строительной площадке. Выбор типа опалубки определяется характером бетонируемых конструкций или сооружений, соотношением их геометрических размеров, принятой технологией производства работ, климатическими условиями.
Несъёмная опалубка применяется в тех случаях, когда её разборка затруднена; иногда она выполняет функции изоляционной защиты, декоративной или специальной облицовки конструкции (сооружения). В качестве несъёмной опалубки используются тканая металлическая сетка, железобетонные и керамические плиты, соединённые с основной конструкцией с помощью анкеров, асбестоцементные, стальные или пластмассовые листы.
Общие положения
Несъёмная опалубка из плит оболочек
Щиты опалубки представляют собой прочные железобетонные тонкостенные (плоские, криволинейные) плиты или пустотелые блоки, армоцементные листы и трубы, которые выставляются в проектном положении и надежно крепятся к арматуре сооружения и между собой. При отсутствии анкеров в плитах опалубки их крепят с помощью тяжей, проходящих через отверстия в плитах и привариваемых к арматурному каркасу.
В слабо армированных массивах и тонких стенках опалубочные плиты крепятся с помощью инвентарных металлических или деревянных прогонов, которые снимаются после бетонирования.
Опалубка-облицовка из ребристых железобетонных плит применяется для массивных конструкций (например, для фундаментов под прокатное оборудование). Крепятся такие плиты к железобетонным стойкам сваркой или с помощью винтовых тяжей с хомутами.
После бетонирования щиты опалубки остаются в теле конструкции и образуют ее внешнюю поверхность (гладкую или декоративную).
Достоинства: простота сборки, т.к. не требуется установка (перестановка) несущих прогонов, стоек, креплений; внешняя поверхность плиты может иметь заводскую отделку (фактура, облицовка), что исключает впоследствии эти затраты на объекте.
Недостатки: высокая стоимость плит. Лишь при большом объеме конструкции это удорожание составляет приемлемую величину, что и позволяет эффективно использовать этот тип опалубки взамен щитовой.
Применяется при бетонировании конструкций больших размеров (массивных): фундаментов под турбогенераторы, прессы, прокатные станы; конструкций атомных станций (толщина стен определяется радиационной защитой).
Несъёмная опалубка из стального листа.
При бетонировании стен подземных сооружений; стен и пола водонаполненных конструкций (резервуары, бассейны, отстойники и т.п.) применяются щиты опалубки из листовой стали толщиной 1,5...3,0 мм. Щиты крепятся к установленной арматуре, швы между щитами провариваются сплошным швом. Внешняя поверхность щитов после бетонирования окрашивается или оштукатуривается по стальной сетке.
Достоинства – надежная (на 100%) и долговечная гидроизоляция конструкции. Недостатки – высокая стоимость.
Несъёмная опалубка из стальной сетки выполняется из сетки с мелкими ячейками (5x5 или 8x8 мм). Сетку, «сшитую» из отдельных полотнищ, крепят к арматурному каркасу с помощью скруток и вертикальных стержней диаметром 22–25 мм. Для уменьшения утечки цементного молока осадку конуса бетонной смеси принимают от 0 до 3 см. В процессе виброуплотнения цементное молоко заполняет ячейки сетки, которая оказывается в бетоне. После бетонирования снимают только вертикальные крепежные стержни, сетка же остается в бетоне.
Достоинства: простота и быстрота устройства; образование любой формы, в т.ч. плавной криволинейной, наклонных поверхностей.
Недостатки: излишний расход металла (на сетки и катанку); невозможно получить ровную поверхность стены; для обеспечения защитного слоя как монтажной арматуре, так и сетке необходимо наружную поверхность стены оштукатурить; нельзя применять пластичный бетон, так как при его уплотнении через сетку выливается цементное молоко. Для устранения последнего недостатка металлическую сетку необходимо предварительно оштукатурить или просто обмазать цементным раствором. Сетчатая опалубка применяется для бетонирования конструкций и сооружений, боковые поверхности которых могут несколько отклоняться от плоскости. Применяют ее для бетонирования стен подвалов, опускных колодцев, туннелей, стаканов фундаментов, а также там, где съем опалубки затрудняется (например, для образования рабочих швов в стенах и плитах большой толщины).
Контурные блоки применяются при возведении надфундаментной части промежуточных опор высотой до 20 м под железобетонные пролетные строения длиной в свету 30 м. Чаще – для виадуков и пойменных опор мостовых сооружений. Такие опоры применялись при сооружении виадуков на железнодорожной линии Краснодар-Туапсе[1].
Рисунок 1. Пример промежуточной опоры из контурных блоков(высота блока – 1.6 м)
Рисунок 2. Сборный подферменник
Контрольные вопросы
1. В каких случаях применяется несъемная опалубка?
2. Применение и конструкция несъемной опалубки из плит оболочек.
3. Достоинства и недостатки несъемной опалубки из плит оболочек.
4. Применение и конструкция несъемной опалубки из стального листа.
5. Достоинства и недостатки несъемной опалубки из стального листа.
6. Применение и конструкция несъемной опалубки из стальной сетки.
7. Достоинства и недостатки несъемной опалубки из стальной сетки.
Алгоритм расчета несъемной опалубки
1.Сконструировать опалубку (продольный и поперечный вид одного блока, общий вид опоры моста, назначить размеры элементов согласно исходным данным), изобразить на чертеже.
Рисунок 3. Общий вид одного блока опалубки, вид сверху со схемой действия нагрузок
2. Разделить опору на захватки, исходя из следующих условий:
- первый нижний блок бетонируем на высоту ½ блока;
- второй и последующие блоки бетонируем на высоту 1 блока так, чтобы бетонирование не заканчивалось на уровне клеевого шва;
- последний верхний блок ставится в проектное положение при помощи грузоподъемных машин, затем внутренняя полость бетонируется (оставляя выпуски арматурных стержней).
Изобразить на чертежах.
3.Назначить расчетный пролет и определить давление бетона на стенки опалубки по формуле (1):
(1)
где 
объемная масса бетонной смеси, 
;
коэффициент динамичности, принимаем равным 1,5 (т.к. неизвестен способ подачи бетонной смеси);
коэффициент надежности по нагрузке, учитывающий влияние случайных отклонений действительной нагрузки от расчётного значения, принимаем равным 1,1;
высота захватки, м.
Определить балочный момент по формуле (2)
(2)
где 
давление на стенки опалубки от мокрого бетона, 
расчетный пролет, м.
Рисунок 4. Расчетная схема к определению давления мокрого бетона
4. Определить опорный и пролетный моменты по формулам (3) и (4):
(3)
(4)
Для дальнейших расчетов необходимо принять максимальный изгибающий момент.
5. Подобрать арматуру периодического профиля, расчетные характеристики принимать согласно СП 35.13330.2011[2].
6. Произвести расчет на прочность по методике расчета элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой.
Высота сжатой зоны х определяется по формуле(5):
, см, (5)
Несущая способность элемента:
, (6)
где 
рабочая высота сечения, равная ½ толщины стенки, см;
расчетное сопротивление на растяжение арматуры периодического профиля, МПа, см. приложение 1,табл.П1;
принятая площадь рабочей арматуры, см. приложение 1 табл. П5, 
;
высота сжатой зоны бетона, 
Должно выполняться условие(7):
, (7)
7. Сконструированное сечение изобразить в виде схемы.
В рамках практической работы необходимо рассмотреть три расчетных случая:
Случай 1. Опалубка с размерами опоры поперечного сечения опоры 
;
Случай 2. Опалубка с размерами опоры поперечного сечения опоры 
;
Случай 3. Опалубка для опоры круглого сечения с радиусом 
.
Пример расчета опалубки с размерами поперечного сечения опоры a=b
Таблица 1 - Варианты заданий для расчета опалубки с размерами поперечного сечения опоры a=b
| № варианта | Размер опоры в плане  ,м
| Высота одного блока  , м
| Высота опоры  , м
| Класс бетона | Толщина стенки блока  , м
|
| 1.5х1.5 | 1.5 | 11.86 | В27.5 | 0.06 | |
| 1.5х1.5 | 1.6 | 10.94 | В30 | 0.08 | |
| 1.7х1.7 | 1.5 | 10.34 | В35 | 0.07 | |
| 1.8х1.8 | 1.5 | 11.86 | В27.5 | 0.06 | |
| 2.0х2.0 | 1.5 | 8.82 | В30 | 0.06 | |
| 2.0х2.0 | 1.6 | 9.32 | В35 | 0.08 | |
| 1.6х1.6 | 1.3 | 6.50 | В27.5 | 0.05 | |
| 1.5х1.5 | 1.4 | 15.92 | В30 | 0.08 | |
| 1.8х1.8 | 1.4 | 14.40 | В30 | 0.06 | |
| 1.9х1.9 | 1.7 | 14.98 | В27.5 | 0.05 | |
| 1.6х1.6 | 1.4 | 11.36 | В35 | 0.08 | |
| 1.5х1.5 | 1.3 | 9.14 | В35 | 0.06 | |
| 1.8х1.8 | 1.3 | 13.10 | В27.5 | 0.05 | |
| 2.0х2.0 | 1.3 | 13.10 | В30 | 0.08 | |
| 1.9х1.9 | 1.6 | 14.18 | В35 | 0.07 | |
| 1.6х1.6 | 1.6 | 15.80 | В27.5 | 0.09 | |
| 1.7х1.7 | 1.7 | 11.54 | В30 | 0.06 | |
| 1.4х1.4 | 1.3 | 9.14 | В27.5 | 0.04 | |
| 1.9х1.9 | 1.3 | 13.10 | В30 | 0.08 | |
| 1.4х1.4 | 1.4 | 8.32 | В35 | 0.07 |
Вариант №2
Исходные данные:
Размеры опоры 
Высота опоры 
10.940 м.
Класс бетона В30.
Толщина стенок несъемной опалубки t=0.08 м.
Решение:
1. Изобразим нашу опору в плане и зададим согласно исходным данным размеры сечений.
Рисунок 5. Поперечный профиль и продольный разрез одного блока
2. Разделим опору на захватки, исходя из условия:
- первый нижний блок бетонируем на высоту ½ блока;
- второй и последующие блоки бетонируем на высоту 1 блока так, чтобы бетонирование не заканчивалось на уровне клеевого шва;
- последний верхний блок не бетонируется, а ставится в проектное положение при помощи грузоподъемных машин.
Рисунок 6. Общий вид проектируемой опоры и разделение на захватки
В итоге получим 8 захваток высотой: 1 – 0.4 м, 2-7 – 1.62 м, 8 – 0.82 м.
3. Для дальнейших расчетов высоту бетонной смеси принимаем равной 
=1.62 м как наиболее невыгодную
Расчетный пролет принимаем равным 
:
где 
ширина вутов
Рисунок 7. Расчетная схема
Давление мокрого бетона(определяем согласно формуле (1):
объемная масса бетонной смеси, принимаем равным 
в предположении, что опора будет заполняться тяжелым бетоном,
коэффициент динамичности, принимаем равным 1,5;
коэффициент надежности по нагрузке, принимаем равным 1,1;
высота захватки, 1.62 м.
Определим балочный момент по формуле (2):
где давление бетона на стенки опалубки, 
расчетный пролет принимаем равным 
4. Определим опорный и пролетный моменты по формуле (3) и (4):
Для дальнейших расчетов примем максимальный изгибающий момент 
Рисунок 8. Схема для определения моментов
5. Блоки армируем ненапрягаемой арматурой периодического профиля А400(A-III) с расчетным сопротивлением на растяжение 
. Расчетные характеристики арматуры принимаем согласно табл.7.16 СП 35.13330.2011[1](см. приложение 1,табл. П1).
Модуль упругости арматуры А400(A-III) 
по табл.7.19 СП 35.13330.2011[1].
Класс бетона принимаем согласно исходным данным класса В30 с расчетным сопротивлением на сжатие 
(по табл.7.6 СП 35.13330.2011[1], или см. табл.П.2 Приложения 1) и с модулем упругости 
(по табл.7.11 СП 35.13330.2011[1], или см. табл.П.3 Приложения 1).
6. Примем согласно исходным данным толщину опалубки 
.
Зададим 
Определим высоту сжатой зоны х:
Определим несущую способность элемента:
Где 
рабочая высота сечения, 
расчетное сопротивление на растяжение арматуры периодического профиля А400(A-III), 340 МПа, см. приложение 1,табл. П1);
принятая площадь рабочей арматуры, 
;
высота сжатой зоны бетона, 
Проверим условие:
Условие выполняется.
7.Проверим условие трещиностойкости железобетонной опалубки:
Где 
расчетное сопротивление бетона на осевое растяжение, по табл.П3 равен 22.5МПа = 2250 
;
динамический коэффициент, принимаем для нашего сечения 1.75;
момент сопротивления сечения опалубки:
Проверим условие:
Условие трещиностойкости выполняется.
2.Опалубка с размерами поперечного сечения опоры
Таблица 2 - Варианты заданий для расчета опалубки с размерами поперечного сечения опоры
| № варианта | Размер опоры в плане ,м
| Высота одного блока ,м
| Высота опоры , м
| Класс бетона | Толщина стенки блока t, м |
| 0.5х1.0 | 1.5 | 16.30 | В30 | 0.06 | |
| 0.4х0.8 | 1.5 | 13.22 | В35 | 0.08 | |
| 0.6х1.2 | 1.6 | 10.34 | В30 | 0.06 | |
| 0.5х1.0 | 1.5 | 8.82 | В30 | 0.07 | |
| 0.6х2.0 | 1.5 | 15.90 | В27.5 | 0.10 | |
| 0.5х1.0 | 1.6 | 19.20 | В30 | 0.06 | |
| 0.6х1.6 | 1.3 | 12.80 | В35 | 0.07 | |
| 0.5х1.5 | 1.4 | 13.60 | В27.5 | 0.09 | |
| 0.4х0.8 | 1.4 | 16.82 | В35 | 0.08 | |
| 0.4х0.9 | 1.7 | 11.60 | В30 | 0.08 | |
| 0.4х0.6 | 1.4 | 15.80 | В27.5 | 0.07 | |
| 0.5х1.5 | 1.3 | 11.28 | В30 | 0.6 | |
| 0.4х0.8 | 1.3 | 15.75 | В30 | 0.09 | |
| 0.6х2.0 | 1.3 | 12.90 | В35 | 0.09 | |
| 0.5х1.9 | 1.6 | 14.98 | В27.5 | 0.10 | |
| 0.6х1.6 | 1.6 | 19.80 | В30 | 0.09 | |
| 0.4х0.7 | 1.7 | 13.90 | В35 | 0.10 | |
| 0.6х1.4 | 1.3 | 10.95 | В35 | 0.09 | |
| 0.6х1.9 | 1.3 | 17.40 | В27.5 | 0.10 | |
| 0.5х1.4 | 1.4 | 14.55 | В27.5 | 0.08 |
Расчет ведем аналогично примеру расчета 1, когда .
Рисунок 9. Расчетные схемы для случая расчета опалубки с размерами поперечного сечения опоры
3.Пример расчета опалубки стоечной опоры моста круглого сечения с внутренним диаметром 
Железобетонная опалубка круглой или овальной формы в поперечном сечении может применяться при строительстве гражданских и промышленных зданий, а так де стоечных опор мостов.
Рисунок 10. Общий вид стоечной опоры моста круглого сечения с диаметром 
(пример для варианта №5)
В данной работе необходимо запроектировать несъемную опалубку для опоры моста. Исходные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Варианты заданий для расчета опалубки стоечной опоры моста круглого сечения с диаметром
| № варианта | Диаметр опоры в плане, , м
| Высота одного блока h,м | Высота опоры l, м | Класс бетона | Толщина стенки блока t, м |
| 2.0 | 1.5 | 11.86 | В27.5 | 0.10 | |
| 1.5 | 1.6 | 10.94 | В30 | 0.10 | |
| 1.7 | 1.5 | 10.34 | В35 | 0.09 | |
| 1.8 | 1.5 | 11.86 | В27.5 | 0.09 | |
| 2.0 | 1.5 | 8.82 | В30 | 0.08 | |
| 1.5 | 1.6 | 9.32 | В35 | 0.09 | |
| 1.8 | 1.3 | 6.50 | В27.5 | 0.10 | |
| 2.5 | 1.4 | 15.92 | В30 | 0.09 | |
| 2.3 | 1.4 | 14.40 | В30 | 0.09 | |
| 2.4 | 1.7 | 14.98 | В27.5 | 0.08 | |
| 2.5 | 1.4 | 11.36 | В35 | 0.08 | |
| 2.1 | 1.3 | 9.14 | В35 | 0.10 | |
| 1.8 | 1.3 | 13.10 | В27.5 | 0.09 | |
| 2.0 | 1.3 | 13.10 | В30 | 0.08 | |
| 1.9 | 1.6 | 14.18 | В35 | 0.10 | |
| 2.3 | 1.6 | 15.80 | В27.5 | 0.10 | |
| 1.7 | 1.7 | 11.54 | В30 | 0.09 | |
| 1.7 | 1.3 | 9.14 | В27.5 | 0.08 | |
| 1.9 | 1.3 | 13.10 | В30 | 0.10 | |
| 1.6 | 1.4 | 8.32 | В35 | 0.10 |
Вариант№5
Исходные данные:
Диаметр поперечного сечения опоры 
Высота опоры Hоп = 8.82 м;
Класс бетона В30;
Толщина стенок несъемной опалубки t = 0.08 м.
Решение:
1.Расчет производим аналогично примеру расчета 1, когда .
Разделим опору на захватки, исходя из условий п.2 алгоритма расчета.
Рисунок 11. Разделение опоры на захватки
Тогда получим 7 захваток высотой: 1- 0.65 м, 2-1.32 м, 3-6 – 1.52 м, 7 – 0.77 м.
2.Для дальнейших расчетов высоту бетонной смеси принимаем равной H=1.52 м как наиболее невыгодную.
Расчетный пролет принимаем равным 
Рисунок 12. Схема к определению основных размеров опалубки
3.Тяжелый бетон оказывает на стены опалубки гидростатическое давление, линейно возрастающее с увеличением глубины.
Нормативное значение этого давления на глубине (
) от уровня поверхности:
объемная масса бетонной смеси для тяжелого бетона принимаем равной ;
радиус сечения опоры принимаем равным 
;
давление внизу стенки определяется по формуле:
где 
- коэффициент динамичности, принимаем равным 1,5 (т.к. неизвестен способ подачи бетонной смеси);
- коэффициент надежности по нагрузке, принимаем равным 1,1;
высота захватки, 1.52 м;
– полная высота опоры, 8.82 м.
Рисунок 13. Схема к определению нормативного значения давления на глубине
4. Принимаем 10Ø6 с 
= 
, расчетные характеристики принимаем согласно СП 35.13330.2011[2].
Класс бетона принимаем согласно исходным данным класса В30 с расчетным сопротивлением на сжатие (по табл.7.6 СП 35.13330.2011[1], или см. табл.П.2 Приложения 1) и с модулем упругости (по табл.7.11 СП 35.13330.2011[1], или см. табл.П.3 Приложения 1).
Высота сжатой зоны:
4.Несущая способность элемента согласно формуле (6):
где рабочая высота сечения, принимаем равной 
Определим усилие, возникающее в опалубке:
где - коэффициент динамичности, принимаем равным 1,5 (т.к. неизвестен способ подачи бетонной смеси).
Давление бетона вызывает в опалубке диаметром d кольцевые растягивающие усилия, которые определяем по формуле:
Где 
нормативное значение давления бетонной смеси на глубине от уровня поверхности, равное 
;
радиус сечения опоры принимаем равным .
Проверим условие:
Условие выполняется.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица П.1 - Расчетные характеристики ненапрягаемой арматуры(согласно табл.7.16 СП 35.13330.2011[2])
Таблица П.2 - Расчетное сопротивление бетона на сжатие(согласно табл.7.6 СП 35.13330.2011[2])
Таблица П.3 - Модуль упругости бетона(согласно табл.7.11 СП 35.13330.2011[2])
Таблица П.4 - Площадь поперечного сечения стержня арматуры, см2, в зависимости от количества прутов в сечении
Список использованных источников
1. Технологическая карта на сооружение сборных опор мостов из контурных блоков
2. СП 35.13339.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84. – Введ. 20.05.2011. – М.:Минрегион России, 2010. – 249 с.
3. Ананьева, Н.К. Расчет прочности сечений железобетонных элементов: учебное пособие / Н.К. Ананьева, В.Н.Околичный. – Томск: Изд-во ТГАСУ, 2013. – 84 с.