Металлические мосты балочные мосты

Обновлено: 04.10.2024

Металл – достаточно универсальный материал, он хорошо работает на сжатие, растяжение, кручение, сдвиг. Поэтому из металла можно создать практически любую мостовую конструкцию. Учитывая, с одной стороны, что металл относительно дорогой и в какой-то степени дефицитный материал, а с другой стороны, что он обладает высокой удельной прочностью, используется металл в основном для сооружения мостов с большими и сверхбольшими пролётами.

Все металлические мосты можно условно разбить на две большие группы - сплошностенчатые и решётчатые. Хотя при этом возможны любые произвольные комбинации.

Как и мосты, выполненные из других материалов, металлические мосты классифицируются в основном по статическим схемам. Попутно отметим, что металлическими мостами мы будем называть такие мосты, несущие конструкции пролётных строений которых выполнены из металла. Материал, используемый для сооружения опор, в этом определении не принимается во внимание.

Пролётные строения металлических мостов могут быть выполнены по следующим основным статическим системам:

Далее проведём классификацию металлических мостов параллельно по группам и по системам.

4.Заклепочные соединения.

Основным элементом заклёпочного соединения является заклёпка, которая может иметь головку сферическую потайную или полупотайную В мостостроении наибольшее распространение получили заклёпки со сферической головкой.

Заклёпки используют для сплачивания отдельных листов металла в единый пакет, соединения отдельных элементов между собой и устройства монтажных стыков. Заклёпочные соединения относятся к категории нахлёсточных соединений , хотя иногда используются и во фланцевых соединениях .

Для получения заклёпочного соединения в объединяемых элементах необходимо сделать отверстие, диаметр которого и определяет расчётный диаметр заклёпки. Наиболее часто используют заклёпки диаметром 23 мм. При соединении мощных элементов применяют заклёпки диаметром 26 мм. Для прикрепления второстепенных элементов служат заклёпки диаметром 20 мм. Отметим, что значения диаметров заклёпок связаны с дюймовой системой измерений. Диаметр стержня заготовки заклёпки принимается примерно на миллиметр меньше диаметра отверстия.

На первых порах отверстия в соединяемых заклёпками элементах устраивали пробивкой с помощью штемпеля (Рис. 6.8). При этом происходило нарушение структуры металла, в результате чего прочность его в зоне устройства отверстий снижалась (примерно на 15…18%). Сталь в зоне стенок отверстий становилась хрупкой, а по краям отверстий появлялись волосные трещины.

Пробитые отверстия имели слабо выраженную конусность внутренней поверхности. Поэтому если укладывать все листы пакета в направлении продавливания отверстий, то при установке заклёпки её тело не сможет полностью заполнить отверстие. Выходом из этого положения является чередование в укладке листов

Рассверловка отверстий устраняет указанные недостатки.

Отверстия сверлят в два этапа Сначала устраивают отверстия несколько меньше требуемого диаметра, после стягивания пакета болтами или специальными скобами выполняют окончательную рассверловку до требуемого диаметра. В результате получают отверстие правильной цилиндрической формы в строгом соответствии с требуемым диаметром заклёпки.

Для того, чтобы стержень заклёпки мог плотно заполнить заклёпочное отверстие, металл заклёпки необходимо привести в пластическое состояние, что достигается её нагревом до температуры 1100 °С.Перед постановкой заклёпки в отверстие её предварительно нагревают, сбивают образовавшуюся при нагреве окалину и вставляют в заклёпочное отверстие.

Стержень заклёпки должен выступать над соединяемыми элементами на 1,35… 1,5 диаметра заклёпки (обычно уточняется пробной клёпкой). Это необходимо для правильного формирования головки заклёпки. Излишек длины стержня заклёпки обрезают. Головки формируют ударным способом вручную молотком массой примерно 4 кг, или пневматическим молотком. С противоположной стороны соединения устанавливают поддержку для восприятия ударной энергии от молотка. Поддержка должна иметь достаточно большую массу или специальное упорное приспособление. Желательно, чтобы на момент окончания установки заклёпки она имела тёмно-красное каление, что позволяет при остывании заклёпки создать дополнительное обжатие соединяемых элементов.

В нахлёсточном соединении каждый ряд заклёпок скачкообразно передаёт усилие от одного элемента к другому что является существенным недостатком такого типа соединения.

Другой недостаток заклёпочного соединения связан с необходимостью рассверловки отверстий под заклёпку, что приводит к ослаблению соединяемых элементов.

При равномерно распределенной нагрузке, приложенной к концам цельной металлической полосы, напряжения в полосе распределяются равномерно. Однако, если в полосе есть какие-то ослабления, например, отверстия под заклёпку, характер напряжённого состояния в полосе резко изменяется (Рис.6.14). Такие места называются концентраторами напряжений. При ослаблении полосы круглым отверстием напряжения могут возрасти в три раза (конечно, если металл имел бы неограниченный предел пропорциональности). В силу того, что фактические максимальные напряжения в зоне концентрации превышают предел пропорциональности, в наиболее напряжённых зонах развиваются пластические деформации. В результате этого проявляется наклёп и, как следствие, происходит местное охрупчивание металла. При динамически переменных напряжениях это приводит к образованию усталостных трещин в металле. Правда, свободному развитию пластических напряжений препятствуют менее напряжённые участки, да и наклёп повышает предел пропорциональности. Поэтому заметные пластические деформации проходят при напряжениях несколько больших, чем начальный предел пропорциональности.

Зона концентрации напряжений возле отверстий под заклёпку невелика. Поэтому при размещении заклёпок поперёк направлению действующих напряжений с шагом 3d_закл. взаимное влияние зон концентрации напряжений двух рядом расположенных заклёпок не происходит.

Крайние заклёпки в ряду размещают на расстоянии 2d_закл. от края элемента, чтобы зона концентрации напряжений около отверстия была удалена на безопасное расстояние от кромки. Это расстояние исключает возможность распространения трещины к краю листа.

Однако и слишком большое расстояние между заклёпками недопустимо, так как при этом не обеспечивается плотность соединяемых элементов, а в сжатых элементах может произойти выпучивание отдельных листов или уголков. Нормы проектирования мостов устанавливают ограничение на максимальный шаг заклёпок в зависимости оттого, сжат элемент или растянут.

Прикрепляя заклёпками уголок, необходимо стремиться, чтобы головки заклёпок не попадали на закруглённую часть уголка. Поэтому заклёпки размещают по рискам уголков е₁, зависящих от размеров полки: ширины b и толщины t (Рис. 6.16). Для уголков с шириной полки 200 мм и более возможно двухрядное размещение заклёпок (по двум рискам е₁ и е₂).

Работа заклёпки в соединении сложна, что наглядно видно из рис. 6.17. Поэтому при определении несущей способности заклёпки приходится использовать приближённые методики расчёта. Условно несущую способность заклёпки определяют из условия равномерного диаметрального смятия заклёпки по площадкам 1 и 2, а также по срезу по возможным площадкам сдвига тела заклёпки. В качестве расчётного значения несущей способности заклёпки принимают наименьшее из значений, полученных по указанным условиям.

Из рис. 6.17 наглядно следует, что заклёпочное соединение относится к категории податливых, т. е. из-за обмятия и деформации стержня заклёпки происходит некоторое взаимное проскальзывание соединяемых элементов. В какой-то степени это снижает эффективность работы заклёпочного соединения. После того как усилия, действующие в соединяемых элементах, преодолевают силы сцепления, образующиеся между элементами при остывании заклёпки, она полностью включается в работу на смятие и срез.

В настоящее время заклёпочные соединения в мостостроении применяются редко. При разработке проекта реконструкции клёпаных пролётных строений расчёты заклёпочных соединений выполняют согласно «Техническим условиям проектирования железнодорожных и городских мостов и труб» (СН 200-62).

Несущая способность заклёпки из условия её работы на смятие определяется по выражению:

где – основное расчётное сопротивление стали, из которой выполнены заклёпки;

– коэффициент перехода к сопротивлению заклёпки на смятие;

– наименьшая из толщин соединяемых элементов или + .

Несущая способность заклёпки из условия её работы на срез определяется по выражению:

где – коэффициент перехода от основного сопротивления металла

заклёпки к сопротивлению заклёпки на срез;

k – число возможных плоскостей среза.

Несущая способность заклепки принимается равной наименьшему из значений и .

Болтовое соединение

Болтовые соединения появились в мостостроении одновременно с чугунными конструкциями. Постановка болтов не сопряжена с ударными воздействиями, что является важным фактором при монтаже элементов, выполненных из чугуна. Обычный болт сложно плотно поставить в отверстие. Поэтому болтовым соединениям, работающим на сдвиг, свойственно небольшое проскальзывание соединяемых элементов.

Существуют два вида обычных болтов: чистые (точеные), имеющие точно фиксированный диаметр и часто используемые вместо заклепок в труднодоступных для клепки местах, и черные, изготавливаемые из прокатных прутков и служащие в качестве крепежных элементов.

В мостостроении болты широко используют в нахлесточных и фланцевых соединениях. Болты могут быть использованы в прикреплениях второстепенных элементов к основным и при анкеровке элементов, например, к фундаментным блокам.

Резьбы болтов в России и за рубежом стандартизированы. В свое время они послужили первым объектом мировой стандартизации. Важнейшей характеристикой болта является шаг резьбы Р. Метрическая резьба является основной треугольной резьбой, принятой в России. Метрические резьбы разделяют на резьбу с крупными и мелкими шагами.

В мостостроении за основу принята резьба с крупным шагом, обозначаемая буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в миллиметрах (например, М20). Трапецеидальная резьба является основной резьбой для передач винт-гайка. Трапецеидальная резьба стандартизирована в диапазоне диаметров 8…640 мм. Упорную резьбу используют для винтов с односторонней осевой нагрузкой.

Установлены поля допусков диаметров резьбы, образуемые сочетанием степени точности (допуска) и основного отклонения. Обозначение степени поля допуска состоит из цифры, показывающей степень точности, и буквы, обозначающей основное отклонение. Тогда ранее записанный пример обозначения болта, следует представить в полном виде М20-6g.

Одной из важных характеристик стальных болтов является их класс прочности. Например, для соединения элементов мостового полотна, перил и смотровых приспособлений используются стальные болты класса прочности 4,6. Первая цифра в классе прочности болта соответствует значению временного сопротивления материала, из которого выполнен болт, уменьшенному в 100 раз ( ) – здесь следует принимать в МПа. Вторая цифра представляет собой увеличенное в 10 раз отношение предела текучести к временному сопротивлению – ( ).

Для соединения основных элементов мостовых конструкций в настоящее время широко используют высокопрочные болты, выполненные из термически упрочнённой стали (Рис. 6.23). Болты затягивают до такого значения усилия, при котором возникающие силы фрикционного сцепления между соприкасающимися поверхностями делают соединение практически жёстким, т. е. исключающим сдвиг между соединяемыми элементами. Поскольку несущая способность в соединении на высокопрочных болтах обеспечивается за счёт сил фрикционного сцепления, такое соединение часто называют фрикционным.

Соединения на высокопрочных болтах по простоте их исполнения ненамного уступают соединениям на обычных болтах. Фрикционные соединения в мостостроении применяют с 1948 г. Поскольку во фрикционном соединении болт непосредственно никаких сдвигающих усилий не воспринимает, диаметр отверстия делают несколько большим, чем диаметр болта (до 3 мм). Это значительно упрощает постановку болтов при монтаже.

В практике мостостроения широко используют высокопрочные болты типов 110, 110С и 135. Цифровое обозначение типа болта соответствует минимальному значению временного сопротивления материала болта в кгс/мм 2 . Болты, предназначенные для конструкций северного исполнения (для районов с расчётной минимальной температурой воздуха ниже минус 40 °С), дополнительно обозначаются индексом С. Болты типов 110 и 110С изготавливают из хромистой стали марки 40Х, а болты типа 135 из сталей марок 38ХС и 40ХФА «селект». В настоящее время в отечественном мостостроении стали применяться высокопрочные болты с цинковым напылением.

Натяжение болта осуществляют завинчиванием гайки специальным динамометрическим ключом. Использование динамометрических ключей позволяет получить строгоконтролируемый крутящий момент М_кр обеспечивающий требуемое натяжение болта P:

где – коэффициент закручивания болта, зависящий от вида смазки резьбы, определяется опытным путём (в большинстве случаев значение лежит в пределах 0, 17…0,19).

Для стабилизации значения коэффициента закручивания, соответствующие технологические регламенты, предусматривают процедуру расконсервации, чистки резьбы и смазки болта специальным маслом.

Во фрикционных соединениях сдвигающие усилия между соединяемыми элементами передаются более равномерно, чем в заклёпочных (Рис. 6.25), что делает фрикционное соединение более надёжным.

Сдвиг по плоскости контакта соединяемых элементов практически не происходит, поэтому фрикционные соединения относят к категории жёстких.

Наличие зон передачи сдвигающего усилия приводит к тому, что в первом ослабленном сечении элемента усилие, на которое рассчитывается это сечение, уменьшается на 40% от усилия, передаваемого через первый ряд болтов (для рассматриваемого примера .

Напомним, что наибольшая толщина поясного листа 20 мм и не рекомендуется принимать в поясном пакете более четырёх листов.

Толщину вертикального листа определяют из условия прочности на восприятие максимальной перерезывающей силы. Если предварительно назначенная минимальная толщина стенки не удовлетворяет указанному условию, то толщину стенки увеличивают и, как правило, делают её постоянной по всей длине балки.

Шаг заклёпок, прикрепляющих пакет горизонтальных листов к поясным уголкам (тип 1) и поясных уголков к вертикальному листу (тип 2), определяют из условия восприятия соответствующих сдвигающих усилий, вызванных перерезывающей силой. В целях упрощения размещения заклёпок балку разбивают на отдельные участки. Шаг заклёпок постоянный на отдельном участке, определяют по максимальной перерезывающей силе на этом участке:

При определении несущей способности заклёпок типа 2 по условию среза необходимо учитывать, что эти заклёпки имеет по две площадки среза.

Определённая из условия прочности толщина вертикальной стенки оказывается, как правило, недостаточной для обеспечения устойчивости балки от выпучивания стенки в целом (Рис. 8.9). Во избежание возникновения такой ситуации стенку балки усиливают постановкой вертикальных элементов уголков жёсткости (Рис. 8.7).

Уголки жёсткости ставят с двух сторон стенки при обязательном закреплении их концов к поясным уголкам (Рис. 8.8). Это может быть выполнено с применением дополнительных прокладок между уголками жёсткости и стенкой или применением уголков с высаженными концами. На опорных сечениях балки, где передаются большие сосредоточенные усилия, ставят более мощные уголки жёсткости (в балках больших пролётов иногда приходится устанавливать сдвоенные уголки жёсткости).

В опорных рёбрах жёсткости высаживать уголки не рекомендуется. Тип уголковых рёбер жёсткости и их размеры зависят от величины ближайшего расстояния между рисками поясных уголков и толщины вертикальной стенки. В зависимости от указанных параметров нормы проектирования мостов устанавливают минимальное значение момента инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести рёбер жёсткости.

Расстояние между вертикальными уголками жёсткости определяют расчётом из условия обеспечения местной устойчивости сжатого участка стенки между вертикальными уголками жёсткости (Рис. 8.10). Однако в наиболее напряжённых сечениях балки для выполнения указанного условия пришлось бы вертикальные уголки ставить слишком часто.

В этом случае стенку для исключения потери местной устойчивости рационально усиливать постановкой дополнительных горизонтальных уголков жёсткости, что обеспечивает постоянство шага поперечных рёбер. (Рис. 8.11). Эти уголки жёсткости в зависимости от напряжённости стенки устанавливают в один, два или три ряда. В последнем случае третий уголок жёсткости устанавливают в растянутой зоне стенки. На приопорных участках балки напряжённое состояние стенки определяется касательными напряжениями, которые по высоте стенки изменяются незначительно. Поэтому один или два уголка жёсткости по высоте стенки ставят симметрично относительно оси балки. В горизонтальных уголках жёсткости вертикальная полка пером должна быть повёрнута вниз .

Заводской блок балки стремятся сделать по возможности большей длины (порядка 10 м). Выпускаемый промышленностью угловой прокат позволяет сделать поясные уголки цельными по длине блока. Однако листовой прокат требуемой для мостовых балок толщины имеет длину не более 5 м. Поэтому вертикальный лист приходится стыковать по длине с помощью парных накладок, располагаемых между перьями поясных уголков верхнего и нижнего поясов .

Следует иметь в виду, что часть вертикального листа, расположенная между крайним рядом заклёпок и наружным краем листа, не включается в работу. Усилия, которые не могут быть восприняты неработающей частью стенки, воспринимаются полосовыми накладками, прикрепляемыми к поясным уголкам. Иногда для этих целей используют уголковые накладки (Рис. 8.12), но для этого надо предварительно удалить часть обушка. Образовавшиеся при этом пазухи шпатлюют, что особенно важно для нижних поясов.

Клёпаные балки ввиду повышенного расхода металла и большой трудоёмкости изготовления в настоящее время применяют редко. Однако значительная часть построенных мостов в своём составе имеет клёпаные конструкции.

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.

Стальные и сталежелезобетонные мосты

Стальные балочные разрезные пролетные строения балочно-разрезных систем являются типичными индустриальными строительными конструкциями из элементов полной заводской готовности. Пролетные строения длиной 33— 110 м балочно-разрезной системы относятся к наиболее массовым типовым конструкциям, применяемым в мостах под железную дорогу.

Балочное пролетное строение

Наиболее рациональны балочные болтосварные пролетные строения со сварными заводскими соединениями и монтажными соединениями на высокопрочных болтах, что обеспечивает экономию стали и уменьшение трудоемкости монтажа. В железнодорожных мостах с ездой поверху применяют, в основном, типовые сталежелезобетонные пролетные строения с балластным мостовым полотном.

Балочные неразрезные пролетные строения

Стальные пролетные строения балочно-неразрезных систем с решетчатыми фермами получили широкое применение в мостах под железную дорогу. В отечественном мостостроении разработаны и внедрены типовые неразрезные болтосварные пролетные строения с пролетами до 154 м.

Стальные пролетные строения с коробчатыми главными балками неразрезной системы получили большое распространение в мостах под автодорожную нагрузку. Пролет для мостов такого типа — 300 м достигнут при строительстве мостового перехода через бухту Гуанабара между городов и Рио-де-Жанейро и Ниттерой (Бразилия).

Пример балочного неразрезного пролетного строения

Ponte Rio–Niteroi bridge

Схема пролетного строения, перекрывающего судоходную часть бухты, 200 + 300 + 200 м. В поперечном сечении пролетное строение состоит из двух коробчатых балок со стенками переменной высоты и ортотропной плитой проезжей части. Пролетное строение собрано из шести крупных блоков длиной 262,176 и 262 м с подачей их на плаву.

В качестве плашкоута использовали блок среднего пролета длиной 176 м, устанавливаемый в последнюю очередь. К числу наиболее интересных сооружений этой системы, построенных в СССР, относятся мост через канал им. Москвы в Химках, мост через Обь в Новосибирске, эстакадная часть моста через р. Днепр в Киеве, мост через р. Томь в Томске, эстакада у Рижского вокзала в Москве.

Первым в практике мирового мостостроения цельносварным мостом с неразрезными сплошностенчатыми пролетными строениями является мост им. Е. О. Патона через р. Днепр в Киеве.

Консольные стальные мосты

Консольные стальные мосты с решетчатыми фермами ввиду своей огромной стоимости и неэстетичного вида не получили широкого распространения.

К наиболее крупным сооружениям этой системы относятся

Мостовой переход через гавань в Осака (Япония) с пролетом 510 м

Арочные стальные мосты

Арочные стальные мосты применяются относительно редко. Максимальный размер пролета составил 504 м на мосту через залив Кил-ван-Кул в Нью-Йорке (США) и 503 м на мосту в Сиднее (Австралия).

Рамные и комбинированные металлические мосты

В современных металлических автодорожных и городских мостах часто находят применение рамные и комбинированные системы пролетных строений, образованные путем объединения нескольких простых систем. Чаще всего комбинированные системы образуют, сочетая балки или фермы с аркой, дополнительным полигональным поясом, шпренгелем или отдельными дополнительными элементами.

Некоторые виды комбинированных систем имеют существенные технико-экономические преимущества, заключающиеся в меньшей затрате на них металла по сравнению с простыми балочными системами, или в обеспечении большей их жесткости. В большинстве случаев комбинированные системы имеют архитектурные преимущества и поэтому их применяют в городских мостах.

К наиболее интересным мостам рамных и комбинированных систем, построенными мостостроительными организациями, следует отнести

Арочный мост через реку Арпа — stroyone

Большая крутильная жесткость коробчатых главных балок позволила эффективно использовать их для криволинейных в плане мостов и разработать, и внедрить совершенно новую необычную форму пролетных строений С только одной несущей балкой коробчатого сечения по оси проезда (например, эстакада через шлюзы Днепрогэса в Запорожье).

Вантовые металлические мосты

Вантовые системы являются новыми прогрессивными конструкциям и металлических пролетных строений, позволяющими наиболее экономично перекрывать пролеты 600 м и более.

Примеры вантовых мостов

Висячие мосты

В мостах висячей системы применяются рекордно большие пролеты. Например, пролет 1298 м имеет мост через залив Верразано-Нерроуз (США). Строительство висячих мостов больших пролетов является особенностью американского мостостроения.

Это объясняется специфичностью географического расположения многих крупнейших американских городов, которые возникли либо в устьях глубоководных рек, впадающих в океан, либо на берегу океанских заливов.

Большая глубина рек, интенсивное судоходство крупногабаритных океанских судов, тяжелые грунтовые условия делали висячие мосты с уникальными по своей длине пролетами наиболее целесообразными и экономически оправданными.

Примеры висячих мостов :

Общепринятая система висячего моста представляет собой непрерывный гибкий кабель, проходящий по стальным пилонам и закрепленный в анкерах, заложенных на берегах. К кабелю на вертикальных подвесках подвешена балка жесткости, на которую в одном или двух ярусах опирается проезжая часть. Балка жесткости делается разрезной или неразрезной, чаще всего применяется трехпролетная схема, хотя построены и многопролетные мосты.

Пролетные строения со сплошностенчатыми главными балками

В сварном мостостроении нашли распространение пролетные строения со сплошностенчатыми главными балками. Этому способствовали следующие их особенности:

сплошные главные фермы наиболее приспособлены к технологии заводской сварки, при этом эффективно используется автоматическое оборудование, так как швы ферм удобно расположены, непрерывные, прямолинейные и большой протяженности;
существенно сокращается количество монтажных элементов и стыков, что имеет важнейшее значение для цельносварных мостовых конструкций;
монтажные элементы сплошных одностенчатых главных балок наиболее удобны для транспортирования;
пролетные строения наиболее соответствуют современным пространственно работающим системам и позволяют эффективно использовать материал конструкций с соблюдением принципов концентрации металла, совмещения функций и использования материалов с повышенными механическими характеристиками;
мосты в наибольшей степени отвечают требованиям эстетики и позволяют легко вписать сооружение вокружающий ансамбль.

Сталежелезобетонные пролетные строения

Наиболее распространенным типом стальных мостов со сплошностенчатыми балками являются сталежелезобетонные пролетные строения с пролетами в неразрезных системах до 84 м.

В последние годы запроектированы унифицированные типовые проекты сварных сталежелезобетонных пролетных строений с монтажными стыками на сварке и на высокопрочных болтах разрезные и неразрезные.

Для использования несущей способности железобетона проезжей части предусматривается обжатие растянутых опорных участков неразрезных строений пучками предварительно напряженной арматуры, либо домкратами, либо заданием на монтаже предварительного напряжения выгибом стальных главных балок.

Сталежелезобетонные объединенные балки нашли применение также и в комбинированных системах, как их составные элементы:

комбинированные пролетные строения типа балок с подпружными арками;
комбинированные вантовые системы с воспринятым распором, создающим обжатие железобетонной проезжей части и т. п.

Стальная ортотропная плита проезжей части автодорожных мостов

В последнее время все более широкое распространение находит сравнительно новая конструкция для отечественного стального мостостроения — стальная ортотропная плита проезжей части автодорожных мостов.

Главное достоинство этой конструкции — небольшой собственный вес и участие ее в работе пролетного строения в качестве верхнего пояса главных балок. По сравнению с железобетонной проезжей частью стальная ортотропная плита эффективно работает на любом участке пролетного строения как в зоне положительных, так и отрицательных изгибающих моментов главных балок.

Заводская готовность пролетных строений во много раз повышается, что позволяет резко сократить сроки строительства, ликвидировать сезонность монтажных работ. Меньшая масса (почти в два раза) стальных пролетных строений дает им важное технологическое качество — возможность выполнения главных балок неразрезных пролетных строений постоянной, удобной для транспортирования высоты (безгоризонтального членения) для большинства пролетов.

Применение стальной ортотропной плиты позволило создать новые высокоэффективные формы пролетных строений с коробчатыми главными балками, нашедшими широкое применение в балочных разрезных и неразрезных системах, в составе комбинированных конструкций, рамных, вантовых, висячих и др.

Повышенная и высокопрочная сталь

Новым в сварном мостостроении является применение сталей повышенной и высокой прочности. Стали с высокими прочностными характеристиками открывают большие возможности в области увеличения пролетов балочных мостов и совершенствования конструктивных форм.

В течение последнего десятилетия высокопрочные стали широко применяются за рубежом, что позволило построить высокоэкономичные сооружения с рекордной величиной пролета.

Высокопрочные стали были применены при проектировании и строительстве большого городского моста в Каменец-Подольском. Для пролетных строений моста высокопрочная сталь была использована в комбинации со сталью обычных марок по принципу бистальных конструкций:

для нижних поясов главных балок — высокопрочная сталь
для остальных элементов — сталь с низкими прочностными характеристиками.

При этом допускались пластические деформации вертикальных стенок на участке сопряжения с высокопрочными сталями.

Сталь повышенной прочности была успешно внедрена на мосту через старое русло р. Днепра в Запорожье, на пролетных строениях пойменной части Московского моста через р. Днепр в Киеве, мостах через канал им. Москвы в Химках, р. Томь в Томске.

Монтажа стальных и сталежелезобетонных пролетных строений

Основные методы монтажа стальных и сталежелезобетонных пролетных строений следующие:

установка на опоры готовых пролетных строений кранами;
сборка на подмостях в монтируемом пролете; ;
навесная сборка;
перевозка пролетных строений на плавучих средствах;
надвижка пролетных строений.

Одной из тенденций современного мостостроения является крупноблочный монтаж: сборка пролетных строений из заранее укрупненных элементов. При использовании плавучих средств масса укрупненных блоков достигает 4— 5 тыс. т. Метод крупноблочного монтажа был успешно применен при сооружении железнодорожного моста через р. Дон в Ростове и городского моста через старое русло р. Днепра в Запорожье.

Балочный мост (Girder bridge)

Балочный стальной мост со сплошной стенкой через Менейской залив

Первым крупным балочным мостом со сплоштными стенками был мост Британия через Менейской залив, построенный в 1850 году. Мост имел коробчатое пролетное строение. Движение поездов осуществлялось внутри коробчатого пролетного строения.

Балочный пролет моста, равный 142 м, был в некотором смысле случайным. Дело в том, что первоначально мост строился как подвесной, но после испытания балки нагрузкой, ее жесткость и прочность оказалась достаточной и без подвеса на цепи, хотя пилоны уже были построены. Автором проекта моста был Роберт Стефенсон, сын гениального железнодорожника Георга Стефенсона.

История балочных мостов со сплошными стенками

В первых малых мостах балки делали из чугуна. Они строились преимущественно в Англии. Но из-за плохой работы чугуна на изгиб и на ударные воздействия, мосты часто обрушивались и их перестали строить. В 40-х годах 19 в. была сделана попытка заменить чугунные растянутые элементы в мостах сварочным железом, а сжатые оставить чугунными.

Сплошностенчатые мосты того времени были очень тяжелыми, и дальнейшее развитие балочных мостов пошло по пути их облегчения, за счет создания сквозных ферм. Такая тенденция продолжалась до 30-х годов. С появлением листового прошлого стального проката большой ширины и развития сварки сплошностенчатые мосты стали и по настоящий день служат самой распространенной конструкцией в мостостроении.

После второй мировой войны в Германии появились мосты со стальными плитами проезда и с железобетонными плитами, которые были включены в совместную работу с главными балками. Произошло разделение пролетных строений — на стальные и на сталежелезобетонные. Дальнейший прогресс каждой конструкции сопряжен, как с развитием технологий, так и с теоретическими исследованиями.

Конструкция балочных мостов со сплошными стенками

Балочные мосты могут иметь открытое или замкнутое поперечное сечение.

В первом случае нижние пояса главных балок моста не объединены между собой сплошным листом;
Во втором случае нижний пояс у главных балок общий и в поперечном сечении образуется коробка.

Транспортная автомобильная развязка в Окленде в Калифорнии, криволинейные конструкции которой выполнены из стальных коробчатых балок с ортотропной плитой проезжей части. Применение стали в качестве материала для балок и опор, а не обычного для таких конструкций железобетона или сталежелезобетона, было вызвано тем, что предшествующая ей железобетонная развязка, построенная в 1957 году, была разрушена во время землетрясения 1989 году и, при этом, погиб 41 человек, а 108 было травмировано.

Стальные балочные мосты со сплошной стенкой наиболее приспособлены для сооружения их методом продольной надвижки. При этом, надвижку можно выполнять без промежуточных опор даже при пролетах более 100 м. На рисунке изображен мост через ущелье Караташ на окружной дороге вокруг Анкары в Турции.

Балка жесткости пролетного строения длиной 589.6 м с пролетами 84+4 x 105+84 и весом около 5100 т была собрана на одном берегу и надвинута в проектное положение без использования шпренгеля и промежуточных опор. Пример сооружения балочных железобетонных мостов читай здесь.

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:

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.

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.

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.
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.

Читайте также: