1.3. Центрифугированные опоры контактной сети

Центрифугированные опоры представляют собой конические железобетонные трубы. Продольная арматура их расположена равномерно по сечению. Выпускались опоры со стержневой ненапряженной арматурой и преднапряженные опоры. Для армирования преднапряженных опор применялась стержневая и высокопрочная проволочная арматура.

Опоры с ненапряженной арматурой типа ЖБК изготовлялись в первые годы массовой электрификации по проектам, разработанным Гипропромтрансстроем в 1955 и 1957 гг. В обоих проектах предусматривалось изготовление опор двух типов: раздельного и нераздельного. Раздельные опоры устанавливались на блочные бетонные фундаменты. Соединение опоры с фундаментом было болтовое. Для осуществления его в нижней части опоры к продольной арматуре приваривалось кольцо из полосовой стали высотой 160 мм, а к кольцу - лапы. Лапы к кольцу приваривались после изготовления опоры.

Проектная толщина стенок опор с ненапряженной арматурой составляла 50 мм. Изготовлять их предусматривалось из бетона марки 400.

Проектная толщина защитного слоя до рабочей арматуры с наружной стороны составляла 17-49 мм, а с внутренней - 18-22 мм (рис. 1.8). Фиксацию положения арматурного каркаса в опалубочной форме предусматривалось делать с помощью прокладок (рис. 1.9). Сборка каркасов и навивка спиралей производились на специальном кондукторе. Монтажные кольца ставились с шагом 750 мм. Их предусматривалось делать из полосы 4X16 мм или круглой стали диаметром 8 мм.

Рис. 1.8. Проектное расположение арматуры в стенках опор типа ЖБК

Рис. 1.9. Схема регулирования толщины защитного слоя: 1 - арматурный стержень; 2 - прокладка из цементно-песчаного раствора

Спиральная арматура навивалась с шагом 125 мм. Диаметр продольной арматуры, количество стержней и марка стали определялись в зависимости от требуемой мощности опор (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Характеристика продольной арматуры опор типа ЖБК

Не все из заложенных в опору стержней имели длину, равную длине опоры. В связи с тем что на концевых участках (в вершине и комлевой части) изгибающий момент мал, часть стержней была "оборвана" в тех сечениях, где она не требовалась по расчету. У опор, изготовлявшихся по проекту 1955 г., из общего количества стержней только половина доводилась до концов. В вершинах опор, изготовлявшихся по проекту 1957 г., все стержни за исключением двух, которые попадали на отверстия, предусмотренные для тяги консоли, доводились до верха. В комлевой части опор мощностью 44-79 кН•м обрывался каждый третий стержень, а у опор 98 кН•м - каждый четвертый стержень на длине 650 мм от низа.

Опоры со стержневой предварительно напряженной арматурой изготовлялись по проектам, разработанным Гипропромтрансстроем в 1958 и 1960 гг. Опоры по проекту 1958 г. имели сокращенное название УЖБК, а по проекту 1960 г. - ГК. Эти опоры также предусматривалось делать раздельными и нераздельными. Под опоры раздельного типа были спроектированы стаканные фундаменты. По проекту 1958 г. это были сваи прямоугольного сечения с уширенной стаканной частью, а по проекту 1960 г. - двутавровые стаканные фундаменты типа ДС.

Крепление консолей по проекту 1960 г. предусматривалось делать с помощью закладных деталей в отличие от ранее применявшегося крепления на хомутах.

Опоры с предварительной стержневой арматурой изготовлялись на том же оборудовании, что и струнобетонные. Поэтому количество стержней и пучков проволоки в обоих видах опор было одинаковым и равным 16. Из стержней делались петли, которые надевались на колки тех же натяжных устройств, что и проволочная арматура струнобетонных опор. Петли изготовлялись с помощью контактной сварки. Диаметр продольной арматуры назначался по расчету в зависимости от несущей способности опор. Данные по армированию опор приведены в табл. 1.2, а по степени предварительного натяжения арматуры - в табл. 1.3.

Таблица 1.2. Характеристика продольной арматуры опор типов УЖБК и ГК

Толщина стенок опор мощностью 44-59 кН•м была принята равной 50 мм, а мощностью 79-98 кН•м - 55 мм. Опоры должны были изготавливаться из бетона марки М400. Толщину защитного слоя у этих опор предполагалось так же, как и у опор со стержневой арматурой, регулировать с помощью прокладок из цементного раствора, но реально это сделать практически не удавалось, так как прокладки при подкатывании полуформы под натянутый арматурный каркас срезались.

Таблица 1.3. Усилия предварительного натяжения арматурного пакета в опорах типов УЖБК И ГК

Для того чтобы предотвратить стягивание арматурного каркаса навиваемой спиральной арматурой, внутрь его устанавливались монтажные кольца с шагом 2-3 м. По концам опор - в вершине и комле - предусматривалось устройство заглушек.

Первые струнобетонные опоры были спроектированы в 1957 г. По армированию первоначально было три типа опор: 34, 44 и 59 кН•м. Опоры мощностью 34 и 44 кН•м предполагалось изготовлять из бетона марки М400, мощностью 59 кН•м - из бетона марки М500. Толщина стенок у первых двух типов опор 50 мм, у последнего - 55 мм.

Спиральная арматура струнобетонных опор нераздельного типа делалась из проволоки диаметром 2 мм и укладывалась с шагом 125 мм. У опор раздельного типа в надземной части диаметр и шаг спирали были такими же, как и у опор нераздельного типа, а в стаканной части диаметр проволоки был увеличен до 5 мм, а шаг спирали уменьшен до 50 мм. Для предотвращения стягивания каркаса при навивке спирали внутрь его устанавливалось три монтажных кольца из проволоки диаметром 6 мм.

Спираль прикреплялась к струнам вязальной проволокой. Вследствие прижатия спирали к пучку ориентация проволок в нем менялась по длине опоры, как показано на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Схема расположения струн в пучках на расстоянии до 1,0 м от концов опор (а), 1-2 м от концов опор (б), более 2 м от концов опор (в)

Ввиду того что продольное обжатие бетона в верхней части при передаче усилия предварительного натяжения с опалубки на бетон было чрезвычайно большим, проектом рекомендовалось часть струн на длине 2 м от вершины выводить из работы посредством обмазки битумом. Но в действительности этого не делалось.

Этот проект опор в 1960 г. был переработан: увеличено контролируемое напряжение арматуры при натяжении пакета во время изготовления опоры, введен дополнительный по мощности тип опор - 80 кН•м, увеличена в диаметре до 3 мм спиральная арматура, хотя шаг ее (125 мм) сохранен. Для участков, электрифицируемых на переменном токе, предложено заземляющий проводник закладывать в тело опоры. Этот проект был в 1966 г. несколько изменен. В конструкцию опор внесены усовершенствования, направленные на уменьшение возможности образования продольных трещин. Для этого было предложено применять высокопрочную проволоку периодического профиля, имеющую лучшее сцепление с бетоном, несколько снижено предварительное напряжение арматуры, установлены в вершину опоры усиливающие кольца из проволоки диаметром 6 мм (3 шт.), уменьшен шаг спирали со 125 до 75 мм.

Опоры мощностью до 59 кН•м должны были изготавливаться из бетона марки М400, а 79 кН•м - из бетона марки М500.

В 1970 г. типовой проект вновь был пересмотрен. В этом проекте уделялось больше внимания защите от коррозии. При следующей переработке проекта в 1976 г. в опоры было заложено 8 отверстий для проветривания внутренней полости, увеличена толщина стенки с 55 до 60 мм у опор мощностью до 79 кН•м, запроектирована опора мощностью 98 кН•м с двойным армированием (струны и стержневая арматура). Толщина стенок у опор мощностью 98 кН•м принята равной 75 мм. В опоры, предназначенные для применения на дорогах постоянного тока, установлена в подземную часть дополнительная стержневая арматура. Усилено поперечное армирование благодаря уменьшению шага спиральной арматуры с 75 до 60 мм.

Опоры мощностью до 79 кН•м изготовлялись из бетона марки М400, а 98 кН•м - из бетона марки М500. По проекту 1976 г. делать заглушки в нижней части опор не рекомендовалось. При переработке проекта в 1982 г. существенных изменений в него внесено не было.

Количество струн в зависимости от их диаметра и усилия предварительного натяжения пакета арматуры у струнобетонных опор приведены в табл. 1.4. Продольная арматура изготовлялась из проволоки класса Вр-II, спиральная арматура - из обыкновенной проволоки класса А-I. Монтажные кольца изготовлялись из стержневой горячекатаной круглой арматуры, а усиливающие кольца - из арматуры периодического профиля класса A-III (кольца впервые внесены в проект 1966 г.). У всех типов опор наружный диаметр в вершине равен 290 мм, сбег - 1,5% (т. е. 1,5 см на 1 м).

Таблица 1.4. Характеристика продольной арматуры струнобетонных опор

Стремление избежать появления поперечных трещин в струнобетонных опорах привело в первые годы к чрезмерно большому обжатию бетона, особенно в вершинах опор. Это в свою очередь ускорило развитие продольных трещин, обусловило раскалывание бетона в зонах анкеровки арматуры. Постепенно выяснилось, что большое обжатие бетона не требуется и усилия натяжения арматуры при изготовлении опор были снижены.

Диаметры высокопрочной проволочной арматуры в струнобетонных опорах с течением времени увеличивались. В период 1958-1966 гг. в основном рекомендовалось применять проволоку диаметром 2,5-3 мм; Но оказалось, что в коррозионном отношении это не очень хорошо. Поэтому в дальнейшем стало отдаваться предпочтение арматуре диаметром 4-5 мм.

При определении требуемого количества арматуры в центрифугированных опорах расчету подвергались сечения на уровне пяты консоли, условного (иди реального) образа фундамента и в зоне действия максимального изгибающего момента, т. е. на расстоянии 1,7-2,5 м от подошвы. Необходимое количество струн, как правило, выбиралось из условия прочности и трещиностойкости сечений опор на уровне условного обреза фундамента или нижерасположенных. Но из-за того что оборвать часть арматуры на длине опор в тех местах, где она не требуется по расчету, невозможно при принятой технологии изготовления, вершины опор оказались переармированными, а бетон их перенапряжен. Выключение из (работы некоторого количества струн в этой зоне, например из-за коррозии, не представляет опасности. Но нормировать это трудно, да и нецелесообразно, так как состояние бетона и арматуры во внутренней части опор не диагностируется современными методами.