Металлические балки для мостов

Обновлено: 28.09.2024

Недостатком устройства пути на деревянных поперечинах в мостах с металлическими пролетными строениями является неоднородность езды на мосту и на подходах к нему. Путь на деревянных поперечинах требует значительно большего надзора при эксплуатации, чем путь на балласте. Срок службы брусьев небольшой, а смена их связана с затруднениями, особенно на линиях с интенсивным движением.

В путепроводах над улицами и автомобильными дорогами в пределах городской черты устройство пути на поперечинах встречает возражения в связи с большим шумом, возникающим при проходе поезда, а также возможностью падения небольших предметов на проезжую часть пересекаемой магистрали.

В мостах, расположенных на кривых, при езде на поперечинах затрудняется установка наружного рельса в повышенном уровне, что легко осуществляется при езде на балласте.

Таким образом, с точки зрения улучшения условий эксплуатации, желательно, а в некоторых случаях даже необходимо устраивать езду на балласте.

Если учесть, что с устройством езды на балласте увеличивается постоянная нагрузка и поэтому в некоторой мере уменьшается чувствительность пролетного строения к росту временной нагрузки, то станет очевидным, что переход от езды на поперечинах к езде на балласте для пролетных строений малых пролетов представляет определенный интерес.


Многократные попытки устройства езды на балласте в течение долгого времени приводили к усложнению и значительному удорожанию конструкции. Устраивали различные металлические настилы (цилиндрический, лотковый и др.), на которых располагали балласт.

Отвод воды, просочившейся через балласт, в большинстве случаев решался неудовлетворительно. Металлический настил и основная конструкция быстро подвергались коррозии. Применение металлического настила и увеличение сечений главных балок в связи с ростом постоянной нагрузки вызывало значительное повышение расхода металла.

Рис. 14. Пролетное строение с ездой на балласте

Рис. 14. Пролетное строение с ездой на балласте С появлением железобетона нашла применение проезжая часть в виде железобетонной плиты, опирающейся на главные балки (рис. 14). Расход металла на проезжую часть в этой конструкции значительно меньше, чем при металлическом настиле; отвод воды осуществляется проще, долговечность конструкции повышается.

Общий вес плиты и балласта составляет 6—7 т на 1 пог. м железнодорожного пути, что существенно увеличивает расчетную нагрузку и расход металла на главные балки.

Снижение веса металла в этой конструкции достигается путем использования железобетонной плиты в работе главных балок. При достаточно прочном соединении плиты с балкой можно рассматривать плиту как верхний (сжатый) пояс балки. В этом случае металлическое сечение верхнего пояса балки может быть значительно уменьшено (рис. 15, а).

Рис. 15. Поперечное сечение главной балки с объединенной плитой проезжей части

Рис. 15. Поперечное сечение главной балки с объединенной плитой проезжей части Степень участия плиты в работе балки определяется порядком производства работ. Если плиту бетонировать при расположении балок на сплошных подмостях, то объединенное сечение будет работать совместно на все виды нагрузок. Если же плиту бетонировать после установки балок на опоры, то характер работы изменится. В первой стадии всю нагрузку, действующую во время бетонирования плиты (собственный вес металлических балок и связей и вес плиты с опалубкой), воспримут только металлические балки; все нагрузки, которые будут передаваться после отвердения плиты (вес защитного слоя, верхнего строения пути, а также временная нагрузка), воспримут объединенные сечения балок с плитой. Таким образом, порядок производства работ должен быть заранее определен проектом.

Для обеспечения совместной работы балки с плитой необходимо, чтобы конструкция могла воспринять все сдвигающие усилия, возникающие по плоскости сопряжения плиты с балкой. При этом следует учитывать, что, помимо сдвигающих сил, связанных с усилиями в балке от вертикальных нагрузок, по плоскости сопряжения действуют дополнительные сдвигающие усилия, возникающие от разности температур балки и плиты и от усадки бетона.

Металлические тонкостенные балки вследствие большой теплопроводности быстро реагируют на изменение температуры, в то время как железобетонная плита изменяет свою температуру значительно медленнее. При резких изменениях температуры воздуха разница между температурами балки и плиты может достигать 15°, что вызывает значительные сдвигающие силы. Возникает необходимость постановки достаточно мощных приспособлений, которые способны воспринимать такие силы.

Эти приспособления устраивают обычно в виде жестких (рис. 15, ж—о) или гибких (рис. 15, б—е) металлических упоров. Упоры, прикрепленные к верхнему поясу балки, входят в тело железобетонной плиты и воспринимают на себя все сдвигающие усилия, возникающие между плитой и балкой.

Использование плиты в расчетном сечении балок позволяет осуществить конструкцию пролетных строений с ездой на балласте без увеличения веса металла главных балок по сравнению с пролетными строениями при езде на поперечинах.

Конструкции в виде металлических балок, объединенных с железобетонной плитой, получившие название сталежелезобетонных, дают возможность улучшить эксплуатационные качества железнодорожных мостов, а в автодорожных мостах получить значительную экономию металла.

Серьезным недостатком описываемых конструкций в первое время была необходимость бетонирования плиты на месте установки пролетного строения. Задачи индустриализации строительства требуют доведения до минимума работ на площадке. Металлические пролетные строения с ездой на поперечинах при пролетах до 33,6 м могут быть цельно-перевозимыми, а при увеличении пролетов — крупноблочными. Монтаж их на месте работ и ввод в эксплуатацию производится очень быстро с небольшими затратами рабочей силы. Необходимость бетонирования плиты на месте значительно снижала ценные качества сталежелезобетонных пролетных строений.


Была поставлена задача сохранить положительные качества конструкции сталежелезобетонных пролетных строений, но всемерно уменьшить объем работ, производимых на месте. Эта задача была решена путем применения сборных железобетонных плит из отдельных блоков, изготовляемых на заводе. Для обеспечения связи с балкой в плите оставляют отверстия (окна), куда входят упоры, приваренные к балке. Эти гнезда бетонируют на месте бетоном на быстротвердеющем цементе.

Сборка плиты осуществляется быстро, объем бетонных работ мал, открытие движения возможно после достижения бетоном необходимой прочности. Подобные конструкции осуществлены на ряде мостов и успешно эксплуатируются.

Рис. 16. Сварное пролетное строение L=55,0 м с ездой на балласте

Рис. 16. Сварное пролетное строение L=55,0 м с ездой на балласте В проекте пролетного строения L=55,0 м для моста через р. Тавду на линий Тюмень — Сургут, разработанном Гипротрансмостом в 1966 г., конструкция состоит из двух главных балок со сплошными стенками, объединенных между собой продольными и поперечными связями (рис. 16). Расстояние между осями балок 2,3 м, что составляет примерно 724 пролета, но совместно с балками работает широкая плита, наличие которой существенно увеличивает горизонтальную жесткость пролетного строения.

Таким образом, объединение металлических балок с железобетонной плитой в железнодорожных мостах, помимо других достоинств, позволяет уменьшить расстояние между осями балок и соответственно уменьшить ширину опор.

Высота балки определилась из условия предельно допустимой по габариту при перевозке железнодорожным транспортом отдельных балок.

Вертикальная стенка сечением 3600х16 мм имеет в середине высоты горизонтальный стык. Для обеспечения местной устойчивости стенка усилена вертикальными ребрами жесткости и горизонтальным ребром, установленным на расстоянии 800 мм от верхней кромки. Верхний пояс балки постоянного сечения 500x20 мм, нижний пояс переменного сечения — в середине пролета состоит из двух листов: 800x36 и 600x36 мм, на участках у опор — из одного листа 500x36 мм.

Рис. 17. Монтажный стык балки

Рис. 17. Монтажный стык балки Главные балки разбиты на три блока: 20250 + 15300 + 20250 мм, соединяемых монтажными стыками на высокопрочных болтах (рис. 17). Вес наиболее тяжелого блока 19,4 т.

При высоте балок 3,6 м пространственный блок с расстоянием 2,3 м между балками выходит из пределов габарита, установленного на железных дорогах. Перевозка балок осуществляется с установкой их на расстоянии 800 мм между осями с соответственными временными креплениями.

Связи между главными балками устанавливаются на месте и прикрепляются высокопрочными болтами. Нижние продольные связи приняты в виде крестовой решетки, в плоскости верхних поясов даны лишь распорки в местах расположения поперечных связей. Роль верхних продольных связей выполняет железобетонная плита. Поперечные связи крестового типа. В опорных сечениях предусмотрено устройство дом-кратных балок (рис. 18).

Рис. 18. Поперечные разрезы пролетного строения L=55,0 м

Рис. 18. Поперечные разрезы пролетного строения L=55,0 м Прикрепление фасонок продольных связей к вертикальным стенкам главных балок производится на заводе. Первоначально проектом предусматривалось, что эти фасонки будут приварены к стенке (см. рис. 17). Однако при утверждении проекта, учитывая суровые климатические условия, при которых сооружение будет эксплуатироваться, было решено прикреплять эти фасонки к балкам при помощи заклепок (рис. 19).

Изготовление пролетного строения предусмотрено из низколегированной мартеновской конструкционной стали для сварных конструкций группы А марки 15ХСНД с дополнительными требованиями по ударной вязкости.

Металлические балки работают на собственный вес и нагрузку от плиты.

Рис. 19. Узел прикрепления нижних продольных связей

Рис. 19. Узел прикрепления нижних продольных связей Временная нагрузка, вес балласта и пути воспринимаются объединенным сечением балок с плитой.

Концевые участки железобетонной плиты длиной по 5,11 м выполняют монолитными, на остальной части пролетного строения плита принята из сборных блоков шириной 2,4 м, укладываемых на слой раствора. Швы между блоками шириной 14 см омоноличиваются после сварки выпусков арматуры.

Объединение блоков плиты с металлическими балками осуществляется при помощи жестких упоров, которые входят в окна блоков плиты.

Упоры по условиям габарита нельзя прикреплять к балке на заводе, они соединяются с верхним поясом на строительной площадке при помощи высокопрочных болтов.

Соединение блоков плиты с балками путем устройства в плите окон для жестких упоров, расположенных на поясах балки, с последующим бетонированием этих окон не единственный прием объединения сборных плит с балками.

Например, в типовых проектах железнодорожных пролетных строений с пролетами 45 и 55 м, разработанных Гипротрансмостом в 1962 г., было предусмотрено объединение сборных блоков плиты с балками на высокопрочных болтах, соединяющих закладные части плиты с верхним поясом балки. При этом упоры в виде гибких петель (рис. 20, а) приваривали неметаллическому листу и закладывали в опалубку при бетонировании плиты. На монтаже выступающие полки этих листов соединяли с верхним поясом балки высокопрочными болтами.

В зависимости от величины усилия, на которые рассчитаны соединения плиты с балками, количество болтов в присоединении упоров к поясам принято различным: 34 (у опоры), 24 и 16.

Для обеспечения совпадения отверстий в закладных частях плиты и верхнем поясе балки изготовление блоков плиты предусмотрено в жесткой металлической опалубке, которая служит кондуктором для размещения закладных частей перед бетонированием. В металлических листах упоров устраивают по кондуктору четыре маячных отверстия диаметром 13 мм, остальные отверстия в листах сверлят на монтаже через отверстия в поясных листах.

Предложенная конструкция вызвала значительные усложнения при изготовлении и монтаже и распространения не получила.

В последние годы на железнодорожных линиях получили широкое распространение железобетонные шпалы. Разработаны и проверены на практике крепления рельсов к железобетонным шпалам. В связи с этим внесены предложения о непосредственном прикреплении рельсов к железобетонной плите пролетных строений.

Рис. 20. Присоединение железобетонных плит к стальным балкам

Рис. 20. Присоединение железобетонных плит к стальным балкам Такая конструкция имеет определенные преимущества по сравнению с ездой на балласте из-за снижения строительной высоты пролетного строения, уменьшения расчетной нагрузки, упрощения изоляции и отвода воды (рис. 20, б).

При этом для создания некоторой упругости предусматривается установка под подкладками, на которые опираются рельсы, прокладок из упругого материала. Отвод воды осуществляется через трубки или при двухблочной конструкции через щель между блоками. По условиям габарита ширину плиты следует принимать не более 3,2 м. В качестве охранных приспособлений могут служить контруголки и бортики плиты. В связи с открытой поверхностью плиты и свободным стоком воды для изоляции достаточно покрыть поверхность плиты слоем эпоксидной смолы.

Проведенные исследования и испытания конструкций с непосредственным прикреплением рельсов к железобетонной плите показали, что величины динамических добавок при движении поездов не отличаются при этом от величин, наблюдаемых при обычном мостовом полотне.

За рубежом нашли также применение конструкции с ездой на балласте, расположенном на металлическом настиле, однако не те, которые применялись раньше, а нового типа, принципиальной особенностью которого является использование настилов в качестве верхнего пояса основной несущей конструкции.

Балластное корыто располагается на металлическом листе, усиленном продольными и поперечными ребрами, в результате чего образуется ортотропная плита, которая работает на местную нагрузку, передаваемую балластом, и одновременно является верхним поясом основной несущей конструкции.

Рис. 21. Поперечное сечение двухпутного ж/д коробчатого пролетного строения

Рис. 21. Поперечное сечение двухпутного ж/д коробчатого пролетного строения Примером подобной конструкции может служить двухпутный балочный мост на железнодорожной линии Инсбрук — Зальцбург (рис. 21). При пролете балки 50 м и ширине между внутренними гранями перил 9,0 м поперечное сечение представляет собой замкнутую коробчатую конструкцию с расстоянием между вертикальными стенками 5,0 м. Верхний и нижний пояса состоят из листов, усиленных продольными прокатными двутаврами. Через 2,5 м между осями установлены поперечные балки. Система в виде горизонтального листа, продольных ребер и поперечных балок образует ортотропную плиту, на которой располагается балласт.

Через каждые 12,5 м установлены сплошные поперечные диафрагмы, в результате чего коробка обладает высокой крутильной жесткостью, что важно в связи с несимметричной нагрузкой при расположении поезда на одном из двух путей.

Серьезным недостатком устройства балластного корыта на металлической плите является опасность быстрой коррозии листа. Доступ к осмотру листа ограничен. Необходимо обеспечить хороший отвод воды и изоляцию листа, которую устраивают обычно из различных смазок на основе эпоксидной смолы.

Основным преимуществом устройства балластного корыта на металлическом листе по сравнению с балластным корытом на железобетонной плите является снижение величины постоянной нагрузки, что может иметь существенное значение при больших пролетах. При малых пролетах применение металлической ортотропной плиты экономии не дает и рекомендовать ее не следует.

Рис. 22. Коробчатый железнодорожный двухпутный мост

Рис. 22. Коробчатый железнодорожный двухпутный мост В зарубежной практике в отдельных случаях нашли также применение пролетные строения с непосредственным прикреплением рельсов к несущим металлическим конструкциям. Такая конструкция применена, в частности, на мосту через р. Эммер в ФРГ. Мост — двухпутный, однопролетный балочный (рис. 22) с пролетом 54,0 м.

При проектировании была поставлена задача применить конструкцию с наименьшей строительной высотой.

Поперечное сечение принято в виде оригинальной замкнутой коробчатой конструкции с ортотропной плитой и наклонными боковыми стенками.

Строительная высота конструкции в середине пролета равна 3,74 м. В местах опирания высота коробок существенно снижена.

Прикрепление рельсов непосредственно к металлическому листу верхнего пояса (без балласта) позволяет значительно снизить постоянную нагрузку и уменьшить строительную высоту пролетного строения. Достоинством является также доступность осмотра верхнего листа, а недостатком — очень большой шум при проходе поезда.

При больших пролетах подобное решение может дать определенную экономию.

Конструкция металлических мостов

Мы редко задумывается о том, как строятся мосты и из какого материала, главное, чтобы они выполняли свою функцию. А ведь это одно из первых инженерных и технически сложных сооружений, созданных человеком. Много веков человечество строило мосты из различных материалов. Это были камни, кирпич, дерево, бетон, но все они со временем рассыпались и не были надежными. Металл оказался наиболее подходящим материалом для строительных конструкций, а самым прочным и долговечным оказались конструкции металлического моста. Далее подробнее рассмотрим из чего состоит металлический мост, и каких видов он может быть?

Из чего состоит металлический мост

Любой мост независимо от конструктивных особенностей состоит из пролетного строения и опор. Пролетное строение — это основная часть моста, по которому проходят люди или передвигается транспорт. В зависимости от конструкции пролета, мосты подразделяются на различные виды. Пролетные строения лежат своими концами на опорах, закрепленные к фундаменту. Опоры по краям моста на берегу речки или оврага, называются устоями, а опоры, устанавливаемые в промежутке — быками.

Основные конструктивные элементы металлического моста — это различные балки, арочные конструкции, подвесы, плоские и пространственные фермы. Комбинируя разнообразные варианты этих элементов, мостостроители создают оригинальные архитектурные решения и различные типы металлических мостов.

Типы металлических мостов

Все мосты выполняют одинаковые функции, но конструктивно отличаются друг от друга. Виды металлических мостов можно условно разделить на несколько типов. Металлические мосты бывают:

  • Балочные;
  • Рамные;
  • Висячие;
  • Вантовые;
  • Разводные;
  • Комбинированные.

Конструктивные особенности

При устройстве металлических мостов применяются специальные стали. Это прокат различных профилей — листовой, угловой, двутавровый и швеллерный. Для некоторых отдельных элементов используют стальное литье. При строении мостов широко используются заклепки и болты для фланцевых соединений, и при креплении элементов к опорам и фундаментальным блокам.

Рассмотрим конструктивные особенности различных типов металлических мостов.

Балочные

Самый распространенный вид. Основа всей конструкции — стальная балка, уложенная горизонтальна на опоры. На нее настилаются меньшие балки составляя таким образом пролетное строение. Балки представляют собой двутавровые или коробчатые конструкции. Балочные мосты бывают со сплошными балками и разрезными. Часто используются при строительстве мостов для автомобильных дорог и для пешеходов в черте города.

Рамные

Рамочные стальные мосты имеют жесткое соединение пролетных строений с опорами. Рамы мостов строят шарнирными, устанавливая их в местах соединения стоек опор с фундаментом. Рамные конструкции бывают и без шарниров, при условии отсутствия слабых грунтов и подвижности опор. Для небольших пролетов, рама делается монолитной, при больших — многопролетными. Стальные рамные мосты применяют для автодорожных виадуков.

Висячие и вантовые

Основными отличиями этих видов мостов являются наличие гибких конструкций, таких как растяжки, стальные канаты, тросы и кабели, цепи и ванты. Часто эти мосты называют подвесными. Центральные канаты или тросы подвешиваются к пилонам. А к этим тросам крепят уже канаты поддерживающие пролетное полотно. Если дорожное полотно поддерживается канатами, закрепленными непосредственно на пилонах, то это мост вантового типа.

Разводной

Разводной мост — сложное инженерное сооружение, имеющее подвижное пролетное строение для прохода судов. На судоходных реках иногда дешевле построить разводной мост со специальным оборудованием и оператором, чем строить мост сложной конструкции с длинные пролеты. Каждый разводной мост по-своему уникален и неповторим.

Преимущества металлических мостов

Металл — самый подходящий материал для устройства металлических мостов. Металл обладает хорошими прочностными характеристиками при работе под нагрузкой, на сжатие и растяжение, на скручивание. При всем этом металлические изделия хорошо поддаются различным видам обработки и позволяют создавать разнообразные сварные конструкции для всех видах мостов. Большое преимущество использования металла в том, что изготавливать конструкции можно на специализированных заводах, доставлять к месту монтажа и там уже проводить окончательную сборка по чертежам. Это позволяет производить строительство мостов быстрыми темпами и с высоким качеством. Больше про изготовление металлоконструкций можно узнать по ссылке.

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Особенности автодорожных мостов с балочными пролетными строениями

В железнодорожных мостах подвижная нагрузка в виде поезда всегда находится на двух фиксированных линиях — рельсах. Основная задача, которая ставится при проектировании моста, состоит в том, чтобы поддержать эти два рельса.

В автодорожных мостах подвижная нагрузка в виде различных автомобилей может находиться в любой точке проезжей части. Задача в этом случае состоит в том, чтобы поддержать плоскость проезда, на которой может быть расположена нагрузка.

Ширина железнодорожных мостов определяется количеством путей на мосту. В абсолютном большинстве случаев они бывают однопутные или двухпутные. Ширина автодорожных мостов в зависимости от интенсивности движения колеблется от 3,5 до нескольких десятков метров.

Подвижные нагрузки автодорожных мостов легче, чем у железнодорожных мостов. Это выражается как в величине давления на ось подвижного состава, так и в расстоянии между осями.

Характер временной нагрузки у железнодорожных мостов близок к тому, что может быть в действительности, так как движение осуществляется поездами. В автодорожных мостах движение осуществляется отдельными автомобилями и маловероятно, что на практике может произойти принимаемое в расчете сочетание самых тяжелых автомобилей с наиболее неблагоприятной расстановкой их в поперечном и продольном направлениях. В связи с этим действительные запасы в конструкциях автодорожных мостов обычно больше, чем расчетные.


В автодорожных мостах допустимы значительно большие упругие деформации, чем в железнодорожных, так как для автомобилей не требуется такая высокая точность положения пути, как для поездов.

Рассмотренные особенности влияют на конструкцию автодорожных мостов, так как в них возможно значительно большее разнообразие систем и конструктивных форм, чем в железнодорожных мостах.

Проезжая часть автодорожного моста в общем случае состоит из дорожной одежды, несущего настила и балочной клетки. Наличие всех этих элементов не обязательно. В отдельных случаях езда может происходить непосредственно по настилу без специальной одежды, а настил может опираться непосредственно на главные балки пролетного строения без балочной клетки или являться частью основной несущей конструкции и т. п.

Рис. 29. Типы деревянных настилов

Рис. 29. Типы деревянных настилов Наиболее распространенным типом одежды в современных мостах является асфальтобетон. В старых мостах в ряде случаев применяли настилы из дерева. Конструкция (рис. 29, а) принималась при этом из деревянных поперечин, укладываемых непосредственно на главные балки, и двух слоев досок.

Достоинство этой конструкции — малый вес, который составляет 150—180 кг на 1 м 2 , и сравнительно небольшие первоначальные затраты, но срок службы ее очень мал. При интенсивном движении верхний настил служит несколько месяцев, а при слабом один-два года. Кроме того, в сырую погоду деревянный настил становится скользким и непригодным для движения с большими скоростями.

Другим типом деревянного настила является конструкция из досок, поставленных на ребро вплотную друг к другу и покрытых асфальтом (рис. 29, б). Доски настила прибиваются друг к другу и образуют монолитную деревоплиту. Одеждой является асфальтобетон, который обладает высокими эксплуатационными качествами. Недостатками такого . настила являются опасность загнивания, недоступность осмотра, трудность ремонта. Вес его составляет 250—300 кг на 1 м 2 .

Рис. 30. Проезжая часть с асфальтобетонным покрытием

Рис. 30. Проезжая часть с асфальтобетонным покрытием В современных условиях одежду устраивают обычно из одного или двух слоев асфальтобетона, укладываемого по железобетонной плите (рис. 30). Достоинства асфальтобетона — прочность, однотипность полотна на дороге и мосту и легкость ремонта. Недостаток такого настила — большой вес, составляющий совместно с плитой 500—600 кг/м 2 . Повышение экономичности этой конструкции достигается включением железобетонной плиты в работу главных балок, что дает возможность существенно снизить вес металла в балках.

При всех типах одежды должен быть обеспечен отвод воды, осуществляемый обычно приданием поверхности полотна поперечных и продольных уклонов и выпуском воды в трубки.

Вес настила — одна из основных составляющих постоянной нагрузки автодорожных мостов. При малых и средних пролетах вес одежды и настила во многих случаях превышает сумму веса главных балок и временной нагрузки. Отсюда ясна важность поисков новых типов настилов с меньшим собственным весом.

Рис. 31. Типы металлических настилов

Рис. 31. Типы металлических настилов Представляет интерес совмещение одежды и настила в одной металлической конструкции с непосредственной ездой по ней, например, из отдельных плиток со сплошной рифленой поверхностью (рис. 31, а) или в виде сквозной конструкции (рис. 31, б) из пластинок, обладающей большой несущей способностью и удобной в эксплуатации.

Основные достоинства металлических настилов с непосредственной ездой по ним — значительное снижение веса по сравнению с существующими типами, опрятность и удобство содержания. Недостатки — большая затрата металла на настил и балочную клетку и дороговизна. Широкого распространения эти предложения не получили.

В конструкциях пролетных строений автодорожных мостов особый интерес представляет вопрос о количестве главных балок.

В 30-е годы в Германии было построено большое количество автодорожных мостов со сплошными стенками. Почти во всех этих мостах независимо от пролета (от 24 до 105 м) и ширины моста (от 10 до 21 м) пролетные строения имеют две главные балки. Это привело в ряде случаев к очень тяжелым и неэкономичным конструкциям.

Послевоенная практика проектирования в Советском Союзе большого количества автодорожных мостов со сплошными стенками показала, что применение двух балок, принятое в немецкой практике, не всегда рационально. Во многих случаях более рациональным решением является постановка нескольких главных балок с непосредственным опиранием на них железобетонной плиты. При этом отпадает необходимость в устройстве балок проезжей части и создаются наиболее благоприятные условия для использования плиты в работе главных балок.

При нескольких главных балках расположение их в поперечном сечении определяется стремлением получить наиболее экономичную и простую в изготовлении конструкцию и одинаковую расчетную нагрузку на все главные балки с тем, чтобы при одинаковом сечении материал был полностью использован во всех балках.


При этом решающее значение приобретает способ определения нагрузки на каждую балку.

Рис. 32. Схемы передачи нагрузки и линии влияния к ним

Рис. 32. Схемы передачи нагрузки и линии влияния к ним В старых конструкциях не учитывали пространственного характера работы пролетного строения, исходили из предпосылки, что каждая балка работает самостоятельно, и нагрузку, приходящуюся на балку, определяли в предположении работы настила как разрезанного над каждой балкой. Нагрузка, приходящаяся на данную балку от груза, расположенного между нею и смежной балкой, распределялась обратно пропорционально расстояниям по закону рычага (рис. 32, а).

В современных конструкциях при настиле из железобетонной плиты и наличии поперечных связей, перераспределяющих нагрузку между балками, принято рассматривать пролетное строение как жесткий ростверк и определять нагрузку, приходящуюся на каждую балку по методу внецентренного сжатия (рис. 32, б).

При определении нагрузок по закону рычага более нагруженными оказываются средние балки и для уравнивания нагрузок требуется сближение средних балок; при определении нагрузок по методу внецентренного сжатия более нагруженными оказываются крайние балки и для уравнивания расчетных нагрузок необходимо раздвигать средние балки и сближать крайние.

Совместная работа балок в связи с наличием железобетонной плиты и поперечных связей несомненна. Однако количественная оценка характера совместной работы представляет собой известные трудности, поскольку он различен по длине пролетного строения — в середине пролета, где наибольший прогиб, и на опоре, где балки имеют жесткое опирание, картина распределения разная.

Широкое применение ЭЦВМ создает условия для более точных расчетов с учетом жесткости элементов и характера пространственной работы.

В современной отечественной практике металлические пролетные строения автодорожных мостов с разрезными балками находят применение преимущественно при полетах от 40 до 60 м.

При разработке Ленгипротрансмостом серии типовых пролетных строений, рабочие чертежи которых выпущены в 1968, г., специально исследовали вопрос о наиболее рациональном типе поперечного сечения — количестве главных балок и их расстановке; было признано наиболее целесообразным при ширине проезжей части 8 м принять сечение из двух главных балок с расстоянием между ними 6,4 м со средним прогоном (см. рис. 35), опирающимся на верхний узел поперечных связей.

Ленгипротрансмостом разработаны проекты разрезных пролетных строений с пролетами 42 и 63 м, ширина проезжей части принята 8,0 м, тротуаров 1,0 и 1,5 м.

Пролетные строения сварные с монтажными стыками на высокопрочных болтах. Длина блоков 16,05 и 10,5 м.

В качестве материалов для главных балок и прогона принята низколегированная сталь марки 10Г2С1Д для сварных конструкций с расчетным сопротивлением при действии осевых сил 2700 кГ/см 2 и при изгибе 2800 кГ/см 2 .

Рис. 33. Жесткие упоры

Рис. 33. Жесткие упоры В расчете учтена совместная работа главных балок с железобетонной плитой.

Собственный вес металлической конструкции и вес железобетонной плиты воспринимаются металлическими балками.

Вес блоков тротуаров, покрытия проезжей части, перил, смотровых приспособлений и временная нагрузка воспринимаются объединенным сечением металлической балки с железобетонной плитой. Жесткие упоры, приваренные к поясам главных балок, состоят из вертикального листа толщиной 20 или 25 мм в зависимости от величины сдвигающей силы, усиленного двумя треугольными ребрами (рис. 33, а).

Рис. 34. Сварное пролетное строение автодорожного моста L=42,0 м

Рис. 34. Сварное пролетное строение автодорожного моста L=42,0 м Упоры на прогоне имеют лишь одно ребро (рис. 33, б).

В плитах предусмотрены окна, в которые входят упоры, после чего окна заполняют бетоном.

Покрытие состоит из одного слоя асфальтобетона толщиной 5 см, укладываемого на цементнобетонный защитный слой толщиной 4 см. Гидроизоляция проезжей части термопластичная из битумной мастики и арматурных прослоек стеклосетчатой ткани. Поверхности асфальтобетона придан поперечный уклон 2%, вода отводится в водоотводные трубки.

Рис. 35. Поперечные разрезы пролетного строения L=42,0 м

Рис. 35. Поперечные разрезы пролетного строения L=42,0 м При пролете 42,0 м главные балки (рис. 34 и 35) двутаврового сечения с вертикальным, листом высотой 2480 мм, верхним поясом постоянного сечения 420x16 мм и нижним переменного — 750x32 мм в середине пролета, далее 560x32 мм, на участках у опор — 420x16 мм.

Вертикальная стенка усилена ребрами жесткости, установленными на расстоянии 175 см по всей длине балки. Ребра жесткости приварены к верхнему поясу непосредственно, в примыкании к нижнему поясу установлены прокладки.

Рис. 36. Монтажный стык главной балки

Рис. 36. Монтажный стык главной балки Стыки вертикальных стенок главных балок (рис. 36) перекрыты парными накладками 400x10x2420 мм, в место стыка устанавливают уголки жесткости 200x125x12 мм. Стык верхнего пояса перекрывается верхними накладками 420x12 мм и двумя нижними полунакладками 190x12 мм; стык нижнего пояса — двумя накладками на всю ширину поясного листа и четырьмя полунакладками шириной по 350 мм. Очертания всех поясных накладок приняты такими, чтобы в первом и втором рядах было не более двух отверстий для минимального ослабления сечения поясного листа.

Прогон принят двутаврового сечения с вертикальным листом 400x10 мм и горизонтальными листами 260x16 мм. Монтажная длина прогонов принята по длине блоков главной балки.

Рис. 37, Схема опирания прогона на узел поперечных связей

Рис. 37, Схема опирания прогона на узел поперечных связей В местах опирания прогонов установлены ребра жесткости.

Прикрепление прогона к распорке связей осуществляется четырьмя болтами (рис. 37), соединяющими пояс прогона с распоркой, с установкой между ними прокладки. Стыки прогона перекрываются (рис. 38) парными вертикальными и горизонтальными накладками. В местах стыков прогонов установлены дополнительно консольные листы, приваренные к вертикальной накладке и горизонтальной прокладке.

В вертикальных плоскостях пролетного строения через 5,25 м установлены поперечные связи в виде сквозной конструкции (см. рис. 35) с треугольной решеткой, на верхний узел которой опирается прогон. Верхняя распорка связей принята из пары уголков 100х100х10, нижняя — из уголков 125х125х10, раскосы — из парных уголков 90х90х9.

Рис. 38. Монтажный стык прогона

Рис. 38. Монтажный стык прогона Соединение элементов связей с главными балками производится при помощи фасонок, прикрепляемых на высокопрочных болтах к специально уширенным ребрам жесткости.

Соединение элементов связей между собой производится на сварке, решетка поступает на монтаж в готовом виде.

Опорные поперечные связи, используемые в качестве домкратной балки, имеют сквозную конструкцию, аналогичную поперечным связям в пролете, но * отличаются некоторыми изменениями геометрической схемы) вызванными смещением нижних узлов к местам установки домкратов. Увеличены сечения элементов и количество болтов прикрепления к главным балкам. В местах установки домкратов предусмотрено усиление конструкции.

Рис. 39. Продольные связи

Рис. 39. Продольные связи Нижние продольные связи имеют крестовую решетку (рис. 39). Панель этих связей вдвое больше расстояния между поперечными связями, в крестовой решетке образуются при этом дополнительные распорки. Сечения диагоналей связей приняты из двух швеллеров, которые на концах высаживаются для прикрепления к одиночным фасонкам. В связи с возможной неточностью совпадений отверстий для прикрепления дыры в фасонках в месте пересечения связей сверлятся не на заводе, а на месте сборки. Узлы прикрепления.ясны из чертежа. Верхние продольные связи отсутствуют, так как при наличии железобетонной плиты они не нужны. На время монтажа связь между верхними поясами ограничивается распорками поперечных связей.

Рис. 40. Строительный подъем главных балок

Рис. 40. Строительный подъем главных балок Предусмотрен строительный подъем главных балок на величину прогиба от постоянной и половины временной нагрузок, который создается за счет переломов в монтажных стыках (см. рис. 36 и 40). Переломы в стыках осуществлены путем поворота монтажных блоков вокруг пересечения низа вертикальных листов, причем риски на вертикальных листах перпендикулярны верхним и нижним поясам блоков, а на накладках риски повернуты на определенные углы.

Металлические мосты

Металлические мосты — это строения с преимущественно стальными пролетными строениями и стальными опорами.

Одной из разновидностей сооружений являются железнодорожные, которые строятся через водные или иные препятствия для последующей укладки полотна. Путепроводы, виадуки и эстакады также являются разновидностью железнодорожных пролетных конструкций.


Железнодорожный мост состоит из пролетных строений, путей и опор, которые поддерживают конструкцию. Фундаменты опор закладываются на прочном грунте или на сваях. Опоры служат основанием для пролетных строений, позволяя им поворачиваться и перемещаться под нагрузкой или при изменении климатических условий. Продольное строение является совокупностью балок, ферм, а также связей между ними и мостового полотна.

Наиболее распространенным материалом для этого типа сооружений является металл, который стал популярен благодаря своей прочности и надежности, а также небольшой массе. 70% ЖДМ являются стальными. При этом металлические конструкции не лишены недостатков, которыми являются большой расход металла и необходимость обслуживания и защиты от коррозии.

К ЖДМ предъявляются особые требования по надежности и прочности из–за высокой нагрузки, ложащейся практически на всю длину сооружения. Архитектура такой конструкции может быть различной.

Основные перимущества мостов из металла

Технологичность изготовления и сборки — главное достоинство металлических конструкций для строительства. Элементы конструкций производятся на оборудованных предприятиях и поставляются на место стройки, где производится их монтаж. Сборка может быть полностью механизированной, благодаря чему становится возможным произвести строительные работы в кратчайшие сроки.

Благодаря универсальности и простоте конструкции металлических пролетных строений мосты могут возводиться в горной местности, через крупные реки (в том числе и с интенсивным судоходством).


Надежность из весьма высока. На обслуживание требуется меньше средств, а сроки службы гораздо больше. Если выполнены все необходимые мероприятия по защите металла от коррозии, а осмотр металлоконструкций на наличие дефектов выполняется регулярно, такие мосты не уступают по надежности и долговечности железобетонным.

Основные элементы металлических мостов

Высокое качество стали и ее характеристики позволяют изготовлять постройки самых разнообразных конструкций и типов.

Выделяются следующие основные типы:

  1. Балочные — наиболее распространенный на сегодня вид мостов из металла. Технология строительства позволяет перекрывать балками не только средние пролеты, но и исключительно большие (до 500 метров), что часто бывает необходимо при строительстве моста через крупную реку или пролив. Отличительной особенностью сооружний является то, что на опоры оказывается только вертикальное давление, это значительно облегчает строительство при большой высоте опор. БСооружения этого типа имеют сравнительно простую конструкцию, что облегчает их монтаж.
  1. Арочные — являются распорной системой. Они требуют меньших затрат стали, чем балочные конструкции. Однако это налагает некоторые ограничения на использование конструкций такого типа, так как из–за передачи распора опоры должны выдерживать значительную нагрузку. Арочные металлоконструкции наиболее целесообразны при возведеннии объектов на хороших грунтах. В других случаях монтаж может быть затруднен, особенно при значительной высоте опор. Наиболее часто арочные мосты возводятся в городах. При этом он имеет арки сплошного сечения. При строительстве автодорожных объектов применяются арки с балками жесткости. В этом случае арка устанавливается в виде полигонального жесткого пояса. Также арочные конструкции могут быть неразрезными и консольными, однако эти системы не распространены.
  1. Висячие — основными несущими элементами которых являются стальные кабели, цепи или ванты. Если эти элементы закреплены в грунте при помощи растяжек, их можно отнести к распорным сооружениям. Для того, чтобы увеличить вертикальную жесткость, они снабжаются балками жесткости.
  2. Комбинированные строятся из балок или ферм, которые дополнены нижним поясом в виде гибкой арки или шпренгеля. Благодаря особенностям комбинированных конструкций регулирование усилий в их элементах может быть искусственным. Это, в свою очередь, дает возможность удешевить строительство. К комбинированным ММ также относятся сквозные фермы с жестким нижним или верхним поясом.

Металлические пролетные строения мостов

Массовое применение металлических мостов началось в середине прошлого века. Причиной возросшего интереса к этой технологии строительства стало внедрение сварки при производстве элементов мостов на предприятиях, а также начало использования болтовых фрикционных соединений вместо заклепочных при изготовлении элементов и монтаже. Одновременно с этим стали использоваться стальные фермы и балочные пролеты.

В то же время была разработана база для проектирования типовых пролетных строений — параметры и конструктивные решения, нормы для строительства, рассчитанные на основе их предельных состояний, необходимые марки сталей и требования к их свойствам.

В дальнейшем производилась разработка типовых проектов. С 1995 года происходит пересмотр требований металлических пролетных строений. Кроме надежности и долговечности появились новые характеристики конструкций, такие как: качество езды (если речь идет о железнодорожных строениях), снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию, эстетический вид.

Строительство металлических мостов

В настоящее время при строительстве становится заметной тенденция к экономии металла и стремлению сделать процесс изготовления и монтажа мостовых конструкций менее трудозатратным. Для этого используется высокопрочные марки стали, сварные конструкции, особые типы монтажных соединений и конструкций пролетов.


Одним из самых технологичных элементов современных ММ являются ортотропные плиты, которые часто используются при возведении автодорожных и городских мостов. Эти конструкции одновременно являются несущим настилом проезжей части, ездовыми поясами главных балок и ферм, при этом исключая необходимость установки продольных связей.

Разработка деталировочных чертежей

На основании разработанного проекта выполняются деталировочные чертежи. Чертежи этих объектов несколько отличаются от чертежей КМД строительных конструкций: их разработка на сегодняшний день не полностью автоматизирована и требует профессиональных конструкторских знаний.


Изготовление конструкций стальных мостов

Для изготовления конструкций ММ на заводе ЧЗМК выделен отдельный участок, оборудованный автоматической сваркой, стендом для сборки и другими приспособлениями. Имеется свой штат специально обученных сварщиков, контролеров ОТК, своя мостовая инспекция.

Виды металлических пролетных строений со сплошными главными балками, области применения

По статической схеме пролетные строения со сплошными бал­ками могут быть:


Разрезные пролетные строения со сплошными балками (рис. ll.l, а) устраивают редко при пролетах до 42 м. Высота балок у них составляет 1/12. 1/15 пролета. При наличии крана необходи­мой грузоподъемности установка этих пролетных строений на опоры кранами — наиболее простой способ их монтажа. При уста­новке нескольких балочно-разрезных пролетных строений их можно соединить в неразрезную систему и надвигать по постоянным опо­рам мостов.

При пролетах более 42 м экономически целесообразнее стано­вятся неразрезные балки (рис. I l.l,б). В настоящее время при про­летах до 147 м неразрезные балки обычно имеют постоянную вы­соту по длине всех пролетов. Высота неразрезных ба­лок составляет от 1/20 пролета при пролетах 63 м до 1/40 пролета при пролете 147 м. Длины крайних пролетов в неразрезных про­летных строениях следует назначать в пределах 70. 75 % от длины средних пролетов.

Однако если исходить из условия экономного расхода матери­ала, то уже при пролетах 84 и 105 м возникает целесообразность применения пролетных строений с переменной высотой по дли­не пролета. Над промежуточными опорами высоту целесообразно увеличить (рис. 11.1, в) для восприятия возрастающих отрицатель­ных изгибающих моментов. В этом диапазоне пролетов целесооб­разно ломаное очертание нижнего пояса, при этом почти на 75 % средней части пролета высота может быть постоянной.

При пролетах 105 м и более высоту неразрезных балок по сооб­ражениям экономии материала целесообразно изменять по всей длине (рис. I l.l, г). Обычно высоте придают криволинейное очертание, что усложняет изготовление балок и их монтаж, но улуч­шает их архитектурные качества.

Высота неразрезных балок с переменной высотой над опора­ми обычно в 1,5. 2 раза больше высоты в пролете. В середине пролета таких балок их высота может составлять до 1/60 пролета.

Балочно-консольные пролетные строения со сплошными глав­ными балками в настоящее время не применяют, так как они ухудшают эксплуатационные характеристики пролетных строений дополнительным количеством деформационных швов. Кроме того, в настоящее время при любых грунтовых условиях освоена техно­логия возведения фундаментов для опор, исключающих возмож­ность их неравномерных и больших осадок, что исключает основ­ную причину, вызвавшую необходимость применения балочно-консольной системы.

Тип поперечных сечений пролетных строений со сплошными главными балками зависит от конструкции проезжей части, габа­рита пролетного строения и величины пролета. Основными несу­щими элементами поперечных сечений являются балки двутавро­вого или коробчатого сечений (рис. 11.2).


Главные балки чаще вы­полняют коробчатого сечения с прямоугольным или трапецие­видным сечением. Трапециевидная форма сечения коробчатых ба­лок имеет преимущества по архитектурным и аэродинамическим соображениям. Кроме того, она позволяет иметь опору меньшей ширины.

Верхний пояс главных балок может быть стальным или желе­зобетонным. В первом случае получается стальное, а во втором — сталежелезобетонное пролетное строение.

Количество главных балок в поперечном сечении пролетного строения зависит от габарита моста и величины пролета главных балок. При увеличении пролетов имеется тенденция к уменьше­нию количества главных балок (при больших пролетах выгоднее иметь небольшое количество более мощных балок). В последние десятилетия наметилась тенденция к применению в металличе­ских пролетных строениях как с железобетонной, так и металли­ческой проезжей частью сплошных стальных коробчатых (прямо­угольных и трапециевидных) балок, которые хорошо сопротив­ляются кручению, более равномерно, чем двутавровые, распре­деляют временную нагрузку. В широких мостах в поперечном сече­нии возникает необходимость применения большего количество главных балок.

Читайте также: