The effective method of strengthening of reinforced concrete beam bridges by arrangement of the horizontal steel-concrete cover system

Abstract

The article reviews the method of strengthening distressed reinforced concrete road bridges by arrangement of steel-concrete system which consists of transverse (and necessary longitudinal) discharging steel beams connected to a cast reinforced concrete cover slab. The need for such strengthening is often connected with the width of the bridge roadway or increasing dynamic loads. The concept of reconstruction of beam bridge structures with widening of the roadway by arrangement of the cast reinforced concrete cover slab is widely known nowadays. The above mentioned cover slab works well if the bridge span beams are sufficiently reliable and powerful. With insufficient bearing capacity of the span elements, it is common practice to demount the longitudinal constructions completely and to replace them with the more reliable ones or to add elements of external reinforcement and to install additional bridge piers. These strengthening methods lead to significant material expenditures and negative economic consequences due to the temporary decommissioning of the bridge structure. The proposed strengthening concept allows to integrate completely into the common work the existing beam elements of the bridge structure and to redistribute effectively forces between them without complete freeze or decommissioning of the bridge structure. The method is implemented as follows. The upper part of the strengthening in the form of the cast reinforced concrete slab is placed above the distressed beam structures. The stainless steel anchor studs come out the above mentioned concrete slab into the space between the beams. The transverse steel beam elements are fixed to the metal studs. The number of them depends on the overcapacity degree of the bridge constructions. In case of needs longitudinal steel beams are attached to them. In that way, steel-concrete strengthening constructions form a system of two hardness discs. The overloaded span balk constructions are clamped in the space between the discs. The modelling program of stress-strain distribution of strengthened steel concrete cover systems of bridges was developed on the basis of the proposed method and proved itself well during the reconstruction of the road bridges in Vinnytsia region.

У статті описується метод підсилення аварійних залізобетонних балочних автодорожніх мостів при збільшенні ширини проїзної частини та зростанні навантажень улаштуванням системи поперечних (і, за потреби, повздовжніх) розвантажуючих балок підвішених до накладної залізобетонної монолітної плити. На цей час широко відома концепція реконструкції балочних мостових споруд з розширенням дорожнього просвіту улаштуванням накладної силової монолітної плити. Ця концепція добре спрацьовує у випадку достатньої міцності та надійності нижче розташованих конструкцій прогонових балок. При недостатній несучій здатності прогонових елементів прийнято або повністю розбирати пролітні конструкції та замінювати їх на конструкції вищої несучої здатності, наприклад, монолітні коробчасті прогони, або улаштовувати додаткові проміжні опорні елементи під перевантаженими конструкціями. Обидва способи підсилення призводять до значних витрат матеріальних ресурсів з тимчасовим виведенням мостової споруди з експлуатації. Пропонована концепція підсилення дозволяє повністю включити в спільну роботу існуючі прогонові елементи мостової споруди, більш ефективно перерозподілити зусилля між ними без повної зупинки мостової споруди. Метод реалізується наступним чином. Над аварійними балочними конструкціями улаштовується верхня частина підсилення – класична монолітна залізобетонна плита, з якої у міжбалочний простір виступають металеві шпильки з нержавіючої сталі. До металевих шпильок закріплюють поперечні балочні елементи, кількість яких залежить від ступеня перевантаження існуючих конструкції та, за потреби, повздовжні елементи. Сталезалізобетонні конструкції підсилення таким чином, утворюють систему з двох дисків жорсткості: верхній диск – залізобетонна накладна монолітна плита, нижній диск – металева балочна система, у проміжку між якими затиснуті перевантажені прогонові балочні конструкції.