Металлические тангенциальные опорные части

Обновлено: 19.05.2024

Пролетные строения опираются на опоры моста (устои и быки) при помощи опорных частей. Опорные части должны обеспечить: распределение опорного давления на необходимую площадь опоры моста, возможность свободного поворота опорных узлов (сечений) главных ферм при изгибе пролетного строения, свободу продольных, а иногда и поперечных (в широких мостах) перемещений подвижного конца пролетного строения при деформациях от воздействия временной подвижной нагрузки и колебаний температуры, и передачу на опоры горизонтальных усилий (тормозных сил, давления ветра).

Положение опорных частей фиксирует также расчетную длину пролетного строения.

Конструкция и расположение опорных частей должны соответствовать теоретической схеме опорных закреплений, принятой для пролетных строений.

По характеру работы опорные части разделяются на два основных вида: неподвижные и подвижные.

Конструкция и расположение опорных частей зависят от размеров пролетных строений. Эта зависимость определяется величиной опорных реакций, величиной и направлением перемещений пролетных строений.

Рис. 217. Схемы расположения опорных частей Сравнительно узкие пролетные строения железнодорожных мостов снабжаются на одном конце шарнирно неподвижными опорными частями, а на другом — шарнирно подвижными в продольном направлении (рис. 217, а).

При значительной ширине пролетных строений городских мостов (ширина более 15 м) учитываются деформации пролетных строений поперек моста, в связи с чем опорные части устраиваются по одной из схем, приведенных на рис. 217, б и в.

На одной из опор может быть установлена шарнирно неподвижная опорная часть и опорная часть, обладающая подвижностью только в поперечном направлении (рис. 217, б). На другой опоре одна из опорных частей устанавливается продольно подвижного типа, а вторая — обладающая продольной и поперечной подвижностью. В связи со сложностью конструирования опорных частей последнего вида их часто заменяют продольно подвижными опорными частями, устанавливаемыми в диагональном направлении (рис. 217, в).

Такое решение обеспечивает свободные перемещения конца фермы при температурных колебаниях, но затрудняет перемещения, вызываемые неравномерным нагреванием ферм солнечными лучами, а также деформациями ферм под временной нагрузкой.

В неразрезных пролетных строениях при небольшой их ширине опорные части устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить продольные перемещения пролетного строения; при большой ширине пролетных строений опорные части должны обеспечить также и поперечную или диагональную подвижность (рис. 217, г).

Опорные части могут иметь различные конструктивные формы.

Рис. 218. Опорная часть тангенциального типа Для металлических пролетных строений длиной до 18 м применяют наиболее простые опорные части тангенциального типа (рис. 218). В таких опорных частях нижняя подушка имеет выпуклую цилиндрическую поверхность, на которую опирается плоская верхняя подушка. Верхняя подушка крепится к пролетному строению, а нижняя — к опоре моста.

В шарнирно неподвижной опорной части (рис. 218, а) верхняя подушка закреплена от смещения относительно нижней потайным штырем. Верх штыря обрабатывается таким образом, чтобы не препятствовать свободному повороту верхней подушки.

Подвижная опорная часть тангенциального типа (рис. 218, б) отличается от неподвижной наличием в верхней подушке удлиненного отверстия для штыря. Продольные перемещения происходят за счет скольжения верхней подушйи по цилиндрической поверхности нижней подушки.

Подушки опорных частей тангенциального типа изготавливают из стального литья или из толстого листа.

Соприкасающиеся поверхности верхней и нижней подушек должны быть тщательно обработаны.

Применщше тангенциальных подвижных опорных частей при пролетах более 18 м нецелесообразно вследствие появления значительных дополнительных напряжений в пролетных строениях и опорах, вызываемых трением в опорных частях.

Поэтому при пролетах больше 18 м используются подвижные опорные части секторного или каткового типа.

Рис. 219. Опорные части секторного типа Опорная часть секторного типа состоит из верхнего балансира (рис. 219, а), цилиндрического шарнира, сектора и опорной плиты, закрепленной на подферменнике анкерными болтами.

Верхний балансир из литой стали марки 25Л снабжен ребрами жесткости и закраинами, препятствующими поперечному сдвигу пояса ферм.

Толщины ребер, верхней плиты и цапф близки между собой, что обеспечивает равномерное остывание частей конструкции после отливки и предупреждает появление усадочных трещин.

Для прикрепления верхнего балансира к опорному листу пояса фермы балансир имеет четыре болтовых отверстия.

Цилиндрический шарнир из кованой стали Ст.5 на концах имеет реборды, препятствующие поперечным смещениям верхнего балансира относительно сектора.

Во избежание перекосов и поперечных смещений сектора по середине его ширины сделан паз глубиной 22 мм, а опорная плита снабжена гребнем, входящим в этот паз. Для предупреждения проскальзывания сектора по плите и угона его при случайных ударах, вызываемых нагрузкой, в опорной плите закреплены зубчатые планки, входящие в пазы на торцах сектора. Форма зуба назначается такой, чтобы он не препятствовал повороту сектора.

Закрепление опорной плиты на подферменной площадке производится анкерными болтами. Если их заблаговременно укрепить в кладке подферменника, то при установке опорных частей практически невозможно добиться точного совпадения отверстий для них в опорной плите, а также совпадения отверстий в опорном листе фермы и в верхнем балансире. Поэтому анкерные болты устанавливаются после того, как опорные части будут правильно ориентированы по отверстиям в верхнем балансире и опорном листе фермы. Для этого в подферменной плите оставляются достаточных размеров гнезда, а опорная плита снабжается отверстиями, пропускающими болты с утолщением на концах. После заполнения гнезд цементным раствором и установки анкерных болтов на них надеваются втулки с ребордами, передающие давление от гаек опорной плите.

Опорная часть прикрывается от загрязнения со всех сторон фартуками, которые крепятся к плите верхнего балансира.

Конструкция рассмотренной опорной части требует высокой точности обработки гнезд для цилиндрического шарнира, где должно быть обеспечено плотное касание по всей поверхности.

Секторные опорные части, требуя значительно меньшей высоты, чем катковые, создают большое сопротивление трения из-за плотного касания в шарнире. Кроме того, перемещение сектора по нижней подушке равно перемещению конца пролетного строения, т. е. в 2 раза больше, чем у катка.

Снижение трудовых затрат и уменьшение трения в шарнире, вызывающего дополнительные напряжения в элементах ферм, сходящихся в опорном узле, достигается устройством тангенциального опирания верхнего балансира на нижнюю часть, имеющую форму сектора, но работающую как валок вследствие обработки его поверхностей катания по одному радиусу (рис. 219, б). Во избежание продольных смещений верхний балансир снабжен закраинами, а для предупреждения поперечных смещений его относительно' валка служит шпонка, поставленная в продольные выточки, сделанные в головке валка и верхнем балансире.

Неподвижная опорная часть (рис. 219, в) обычно проектируется такой же высоты, что и подвижная, чтобы иметь одинаковый уровень опорных площадок подферменников. Опорная часть состоит из верхнего балансира и нижнего стула, также снабженного ребрами и закрепляемого на подферменной плите анкерными болтами.

При больших пролетах в связи с увеличением опорных реакций и величины перемещения подвижных концов пролетных строений размеры секторов получаются значительными и обработка их затрудняется.

Поэтому секторные опорные части применяются в железнодорожных мостах при пролетах до 55 м. При больших пролетах уместен переход к Катковым опорным частям.

Рис. 220. Опорные части каткового типа Конструкция двухкатковой опорной части, поддерживающей крайние опорные узлы неразрезного пролетного строения L = 2x127 м, под однопутную железную дорогу представлена на рис. 220, а.

Благодаря наличию только двух катков достигнута определенность загружения каждого из них и нижнего балансира. Катки потребовались больших размеров. Для предупреждения угона катков в торцы одного из них врезаны зубчатые планки, входящие в пазы опорной плиты и нижнего балансира, и, кроме того, оба катка соединены парными планками. Для предупреждения поперечных смещений и перекосов катков в них устроены пазы, в которые входят гребни нижнего балансира и опорной плиты.

Точная обработка криволинейной поверхности головки балансира затруднена из-за больших его размеров. Условия обработки можно облегчить, если сделать головку балансира съемной в виде вкладыша, устанавливаемого в специальном гнезде (рис. 220, б). Такая конструкция при использовании для неразрезных пролетных строений может быть дополнена клиновым вкладышем, позволяющим регулировать высотное положение головки балансира.

С увеличением давления на опорные части число катков приходится увеличивать. При этом для достижения наиболее равномерного загру-жения катков рекомендуется число их назначать четным, обеспечивать высокую точность их диаметральных размеров, тщательность обработки и большую жесткость нижнего балансира.

На рис. 220, в представлена концевая опорная часть неразрезного пролетного строения L = 2x220 м, на которую передается опорное давление 1894 т. Для уменьшения размеров нижнего балансира и опорной плиты катки запроектированы срезными. Этим достигнуто также сокращение веса катков.

Длина нижнего балансира задана с учетом горизонтальных перемещений катков и некоторого запаса на неточную их установку.

Кроме того, размещение срезных катков назначается с таким расчетом, чтобы в случае перемещения опорного узла на величину больше расчетной катки легли друг на друга, но не опрокинулись. Для этого необходимо, чтобы геометрические размеры срезных катков и расстояния между их осями удовлетворяли условию:

Рис. 221. Неподвижная опорная часть для пролетного строения L=2х220 м где d — диаметр катка, см; с — ширина катка (расстояние между его срезными гранями), см; S — расстояние между осями катков, см.

Высота балансира определилась условиями жесткости.

Неподвижная опорная часть этого пролетного строения, расположенная под средним узлом фермы, должна воспринимать давление 5190 т и поэтому получилась очень больших размеров (рис. 221). Для уменьшения расхода металла ребра жесткости стула сделаны со сквозными проемами.

Диаметр катков, а следовательно, и расход металла можно уменьшить, применяя в опорных частях более прочную сталь.

Рис. 222. Однокатковая опорная часть из высокопрочной стали Так, например, в ФРГ для пролетных строений железнодорожных мостов применяются опорные части (рис. 222), катки 1 и плиты 2 которых наплавлены легированной хромом сталью. Толщину наваренного слоя делают не менее 1/20 диаметра катка. Катки и опорные плиты изготовляют из стали с пределом прочности не менее 5000 кГ/см 2 . Наплавку электродами производят в два приема. Сначала наваривают первый связующий слой по зубчатым пазам, простроганным в основном материале на глубину 2 мм, а затем второй слой покрытия.

Наплавленный металл устойчив к действию коррозии и хорошо сопротивляется механическому износу. Допускаемые напряжения смятия по Герцу от основных нагрузок принимают равными 18000 кГ/см 2 , а от основных и дополнительных — 20000 кГ/см 2 .

Такие опорные части изготовляют трех типов с диаметром катка 12,2; 17,8 и 24,4 см. Они рассчитаны для опорных реакций от 300 до 1500 т.

Рис. 223. Опорные части автодорожного пролетного строения L=83,2 м Интересный прием сокращения веса катков применен в отечественной практике для опорных частей под автодорожное пролетное строение с ездой понизу пролетом 83,2 м. Подвижные опорные части — однокатковые с высотой срезанного катка 600 мм при ширине его 250 мм (рис. 223, а). Каток 1 отлит из стали 25Л и имеет в поперечном сечении форму двутавра, усиленного ребрами жесткости. Неподвижная опорная часть (рис. 223, б) имеет такую же высоту, как и подвижная.

Рис. 224. Опорная часть с катками, имеющими трехзубчатые планки Величина перемещений опорных частей со срезанными катками ограничена протяженностью цилиндрической поверхности катков. Поэтому при больших перемещениях опорных частей срезные катки с одиночными зубьями могут не удовлетворить длине перемещения. В этом случае применяют цилиндрические катки, снабженные планками с несколькими зубьями (рис. 224).

Конструкция опорной части, обеспечивающей продольные и поперечные перемещения опорного узла, представлена на рис. 225. Опорная часть состоит из шарового шарнира и двух ярусов катков, расположенных во взаимно перпендикулярных направлениях.

Рис. 225. Двухъярусная опорная часть Между катками размещена распределительная плита. Для возможности регулирования высоты опорных частей верхний балансир запроектирован из двух частей, между которыми расположены клинья. Такая конструкция сложна в изготовлении, требует много металла и имеет большую строительную высоту.

Учитывая эти недостатки и малые температурные перемещения пролетного строения поперек моста, взамен опорных частей с двухъярусным расположением катков могут быть использованы комбинированные опорные части (рис. 226, а).

Рис. 226. Комбинированная опорная часть В комбинированных конструкциях стальные подвижные опорные части, имеющие подвижность только в одном направлении, вместе с нижней плитой без крепления устанавливаются на резино-металлические прокладки толщиной 28 мм, которые соответствующим образом укладываются в металлической обойме 4 (рис. 226, б и в). Обойма анкерными болтами крепится к опоре. В качестве резино-металлических прокладок 1 используются резиновые опорные части РОЧ-3 стандартных размеров (250x400x28 мм) в виде резиновых блоков, армированных четырьмя металлическими пластинками толщиной 2 мм (рис. 226, г).

Изготовление резиновых опорных частей РОЧ-З производится согласно Техническим указаниям по применению резиновых опорных частей в мостах (ВСН 86-63). Материал резиновых прослоек — вулканизированная резина на основе наирита — НО-68 или С-412; металлические пластины — сталь марки Ст. 3 по ГОСТ 380—60.

Рис. 227. Двухкатковые опорные части Продольные перемещения в таких опорных частях обеспечиваются металлическими катками, а поперечные — деформациями резинового блока, для чего в обойме с двух сторон оставлены зазоры 8 по 25 мм (рис. 226, в). Комбинированные опорные части имеют меньшую строительную высоту по сравнению с двухъярусными и позволяют снизить расход металла.

По проекту Ленгипротрансмоста в 1967 г. комбинированные опорные части были установлены на одном из широких городских мостов (расстояние между крайними главными балками равно 28 м), где требовалось обеспечить подвижность опорных частей в продольном и поперечном направлениях.

Рис. 228. Подвижная опорная часть с четырьмя цилиндрическими катками В 1962 г. Гипротрансмост разработал типовой проект унифицированных стальных опорных частей под балочные пролетные строения из железобетона и металла для железнодорожных, автодорожных, городских и пешеходных мостов.

Подвижные опорные части в этом проекте подразделяются на три серии:

1) однокатковые с диаметром катка 120 и 200 мм;
2) двухкатковые (рис. 227) с диаметром катков 200 мм;
3) четырехкатковые (рис. 228 и 229) с диаметром катков 200 и 330 мм.

Тангенциальные опорные части этим проектом предусмотрены только в качестве неподвижных опорных частей в комплекте с однокатковы-ми с диаметром катка 120 мм.

В проектах опорных частей предусмотрено использование толстого проката. При его отсутствии опорные части изготавливают с литыми балансирами.

Рис. 230. Неподвижная опорная часть Неподвижная опорная часть (рис. 230), соответствующая подвижной на рис. 229, представлена только верхним и нижним балансирами, отличающимися от балансиров подвижных опорных частей тем, что в нижнем балансире отсутствуют выточки для зубьев. Неподвижные опорные части такой конструкции вследствие меньшей их высоты по сравнению с подвижными ставят на железобетонные постаменты.

Некоторые особенности современных опорных частей

С.А. Шульман,
генеральный директор
«СК-5»

Группа компаний «Стройкомплекс-5», отмечающая в 2021 году свой 30-летний юбилей, с 1995 года занимается разработкой и изготовлением опорных частей различных типов. За этот период изготовлено более 8000 опорных частей на нагрузки от 10 до 2620 т. Кроме этого, «Стройкомплекс-5» изготовил и отправил заказчика в различные регионы России – от Калининграда до Камчатки – свыше 12000 пог. метров деформационных швов и более 350 сейсмозащитных устройств различных типов.

Разработанные конструкции опорных частей защищены несколькими патентами РФ на изобретения и полезные модели. Вся продукция группы компаний «Стройкомплекс-5» успешно прошла сертификационные испытания в АО «НИИ Мостов» и в других научно-исследовательских организациях России.

Для изготовления опорных частей используются исключительно отечественные материалы и комплектующие.

Наиболее эффективны шаровые сегментные (сферические) опорные части, которые обеспечивают свободный поворот опорного узла в любом направлении, что принципиально важно при недостаточной жесткости поперечных балок или диафрагм и при монтажных операциях.

Рис. 1. Схема шаровой сегментной опорной части

Шаровая сегментная опорная часть (рис. 1) по существу состоит из трех прокладок, работающих в основном на сжатие. В связи с этим рассуждения некоторых (главным образом, зарубежных) поставщиков о применении для опорных частей каких-то особых марок сталей, являются просто пиаром. Но весьма важным является выбор антифрикционного материала для пар скольжения.

Современные типы опорных частей (стаканные, шаровые сегментные, тангенциальные скользящие) в качестве важнейших элементов используют синтетические материалы, входящие в состав антифрикционной пары. Это фторопласт и его модификации или высокопрочный полиэтилен, а также смазочные материалы, заполняющие специальные лунки.

Если собственно фторопласты и материалы на их основе относятся к числу материалов, имеющих практически неограниченный срок службы, определяемый химическими свойствами фторсодержащих материалов, то полиэтилены и их производные химически разлагаются в сроки, существенно меньшие, чем предполагаемый срок службы сооружения. Об этом поставщики опорных частей предпочитают умалчивать.

При конструировании опорных частей следует учитывать и существенные деформации сжатия антифрикционных материалов под нагрузкой и их износ при трении скольжения.

Особо следует осветить вопросы, связанные с работой пары скольжения.

1. Во всех опорных частях, использующих в антифрикционных целях трение скольжения по листовому антифрикционному материалу коэффициент трения, предусмотренный п. 6.28 СП 35.13330.2011, обеспечивается исключительно за счет смазки, закладываемой в лунки, расположенные в листах антифрикционного материала. Таким образом, надо четко понимать, что опорные части работают на основе жидкостного трения. Исследования показывают, что коэффициенты трения «сухих» антифрикционных листовых материалов в 5–10 раз выше!

2. Смазка трущихся поверхностей осуществляется за счет выдавливания смазочного материала из лунок в процессе взаимного перемещения контактирующих элементов опорной части. При этом антифрикционный материал обминается, и в процессе работы по мере энтропии смазки антифрикционный материал начинает истираться, позволяя новым порциям смазки попадать в рабочую зону. Из смеси смазки и отходов антифрикционного материала на поверхности нержавеющей стали образуется валик, размеры которого увеличиваются во времени. Соответственно, толщина антифрикционного материала уменьшается не только за счет обмятия, но и за счет истирания. Если бы истирание отсутствовало, в какой-то момент началось бы сухое трение, и работа опорной части перестала бы соответствовать расчетным предпосылкам. Стадии истирания-износа в процессе эксплуатации приведены на рис. 2.

Рис. 2. Стадии истирания-износа антифрикционного материала.

3. Поскольку коэффициент трения по п. 6.28 СП 35.13330.2011 зависит от удельного давления на антифрикционный материал, и это подтверждается материалами испытаний, весьма важным фактором является допускаемая величина давления, определяемая физико-химическими свойствами конкретного материала. Необходимо отметить, что практически все синтетические материалы не имеют жестко нормируемых пределов сжатия. Сжимаемость материала является функцией его деформаций под давлением. Наиболее податлив чистый фторопласт. Введение в него различных добавок увеличивает жесткостные характеристики. Полиэтилены имеют примерно такие же свойства.

Тем не менее, применение более прочных на сжатие материалов позволит уменьшить размеры опорной части и, соответственно, снизить стоимость изготовления. При этом необходимо учитывать, что лимитирующим становится давление на бетон подферменника, и для распределения нагрузок потребуются металлические прокладки или другие решения (например, использование для подферменника материалов повышенной прочности либо использование косвенного армирования).

Таким образом, вопрос о стоимости устройства опорных узлов необходимо рассматривать в комплексе. В связи с этим применение в качестве антифрикционного какого-то особо прочного материала, например, металла (в частности, бронзы) с лунками или другими приспособлениями для автоматической смазки в течение всего срока эксплуатации практически невозможно, т.к. при отсутствии обмятия и истирания антифрикционного материала смазка перестает поступать в зону взаимных перемещений контактирующих деталей. Не случайно в механизмах, использующих трение скольжения, обязательно предусматривается пополнение смазки в процессе эксплуатации, что для опорных частей невозможно.

Учитывая изложенное, оптимальное сочетание деформативности антифрикционного материала и его истираемости обеспечат наиболее благоприятные условия работы опорной части и ее максимально возможный срок службы. Поиски материала, у которого коэффициент сухого трения приближался бы к жидкостному, можно продолжать. Успех этих поисков приведет к созданию новых типов опорных частей.

В последнее время появились новые материалы, характеризующиеся высокой прочностью на сжатие: модифицированные (армированные) фторопласты и высокомодульные полиэтилены. Такие материалы воспринимают давление до 60–80 МПа. Известны листовые материалы с прочностью до 120 МПа, но вопрос об их работоспособности в течение длительного времени с учетом обеспечения самосмазываемости трущихся поверхностей требует подтверждения.

В то же время тканый антифрикционный материал «Даклен» обладает особыми свойствами – он работает без смазки, и группа компаний «Стройкомплекс-5» широко применяет его в опорных частях на нагрузки до 200 т. Применение его для бóльших нагрузок имеет чисто технологические ограничения.

4. Весьма важное значение имеет используемый в опорной части смазочный материал. Применяемые обычно смазки обеспечивают нормативный коэффициент трения, но, если использовать смазочные материалы нового поколения, можно существенно уменьшить коэффициент трения при низких температурах, что даст значительный эффект.

Возможность использования тех или иных смазочных материалов определяется их долговечностью, т.е. сроком сохранения стабильности вязкости и текучести в течение длительного времени при различных температурах. К сожалению, достоверной информации о свойствах смазочных материалов во времени получить не удается.

Тем не менее, необходимо в любом случае предусматривать возможность замены опорных частей, хотя бы для восстановления работоспособности пары скольжения. С этой точки зрения недопустимы предлагаемые рядом поставщиков технические решения, при которых для замены опорной части потребуется значительная разборка бетона монолитных железобетонных пролетных строений и подферменников.

5. При расчетах мостовых сооружений горизонтальные усилия от воздействия температуры вычисляются при нормативных постоянных нагрузках (п. 6.28 СП 35.13330.2011). В связи с этим величины коэффициентов трения при максимальных давлениях, на которые обычно обращают внимание в первую очередь, при проектировании оказываются неактуальными. И здесь особо следует обращать внимание на соотношение постоянных и временных нагрузок на опору.

Крепление опорных частей

Шаровые сегментные опорные части требуют обязательного крепления к опорному листу пролетного строения и к подферменнику в следующих случаях:

в железнодорожных мостах – всегда;
при минимальном значении нагрузки, не превышающем 25% от максимальной;
при горизонтальных нагрузках, превышающих 10% от вертикальных;
при расположении моста на продольном или поперечном уклоне, превышающем 0,002.
В этих случаях обязательно использование клиновых прокладок между опорным листом и плитой скольжения опорной части. Крепление этого узла обязательно;
при строительстве в сейсмических районах.

Крепление может не предусматриваться при постоянной нагрузке, превышающей 75% от суммарной.

В принципе, не требуют крепления всесторонне подвижные опорные части, за исключением случаев расположения моста на продольном или поперечном уклоне, превышающем 0,002. Крепление плиты скольжения опорной части к опорному листу в этом случае обязательно, но крепление нижнего балансира (основания) к подферменнику не требуется.

Крепление может быть рассчитано на передачу только горизонтальных нагрузок, на передачу только вертикальных отрывных нагрузок или на передачу и тех, и других усилий.

Крепление может выполняться одним из двух способов: с помощью болтов (стяжных и анкерных) или с помощью планок, привариваемых к опорным листам (или к клиновым прокладкам) и закладным листам подферменника.

Приварка любых элементов собственно опорной части к другим конструкциям категорически запрещается!

Крепление с помощью приварочных планок обеспечивает только передачу горизонтальных усилий. Болтовые крепления могут быть рассчитаны на передачу и горизонтальных, и вертикальных усилий. Один из вариантов крепления приведен на рис. 3.

Рис. 3. Вариант крепления опорной части.

О замене опорных частей катковых на шаровые сегментные

Группа компаний «Стройкомлекс-5» разработала и многократно применяла конструктивно-технологические решения по замене катковых и секторных опорных частей на шаровые сегментные опорные части. Замена таких опорных частей, как правило, сопряжена с необходимостью сохранить их высоту, которая значительно превышает высоту шаровых сегментных опорных частей. Для замены секторных и катковых опорных частей группа компаний «Стройкомплекс-5» спроектировала и поставляет шаровые сегментные опорные части в комплекте с переходными тумбами (рис. 4).

Рис. 4. Шаровая сегментная опорная часть с переходной тумбой на мосту через р. Дон

Проработана полная линейка опорных частей взамен изготовленных по типовым проектам, разработанным в 1950-х – 1970–х годах. Необходимо отметить одну важную деталь: шаровые сегментные опорные части имеют не только меньшую высоту по сравнению с катковыми, но и меньшие размеры в плане. С целью недопущения деформаций опорных листов необходимо устанавливать дополнительные распределительные листы достаточной толщины между опорной частью и пролетным строением, которые распределяют давление на всю ширину нижнего пояса фермы.

Предложения по поставкам тангенциальных скользящих и шаровых сегментных опорных частей

Основные типы опорных частей, применяемые для автодорожных мостов в настоящее время — резино-металлические, тангенциальные, секторные, катковые и стаканные изготовляются по типовым проектам, действующим без принципиальных изменений в течение нескольких десятилетий. Эти опорные части характеризуются достаточной простотой изготовления. Конструктивные решения типовых опорных частей характеризуются использованием в них наряду с крупногабаритными и тяжелыми элементами (балансиры, катки) малоразмерных деталей (соединительные планки, сепараторы, уплотнители и др.); подвесные металлические или изготовленные из резиноподобных материалов кожухи не обеспечивают надежной защиты опорных частей от прямого попадания в них воды и грязи с пролетных строений, что приводит к быстрому выходу опорных частей из строя.

Типовые опорные части

Выполненные НИИ Мостов обследования опорных частей на ряде действующих мостов показали, что опорные части достаточно часто выходят из строя, что выражается в значительных наклонах катков, разрушениях соединительных деталей, расплющивании цилиндрических поверхностей балансиров, загрязнении пространства между подвижными элементами металлических опорных частей, выдавливанию фторопласта и растрескиванию резины опорных частей из синтетических материалов.

2. Основные характеристики конструкций опорных частей, изготовляемых ООО «СК Стройкомплекс-5»

2.1. Тангенциальная скользящая опорная часть (конструктивная схема) состоит из нижнего и верхнего балансиров, контактирующих по цилиндрической поверхности, что обеспечивает поворот опорного сечения; плиты скольжения, имеющей нижнюю поверхность из полированной нержавеющей стали, которая контактирует с верхней поверхностью верхнего балансира, на которой сформирован антифрикционный слой, а также защитных кожухов, линейки с указателем перемещений и транспортных креплений. Плиты скольжения имеют боковые борта-упоры (силовые или водоотбойные), причем для продольно или поперечно подвижных (ТСПЛ и ТСПП) силовые упоры устанавливаются с 2 сторон. Для всесторонне подвижных опорных частей (ТСПВ) используются только водоотбойные борта. Неподвижные опорные части (ТСН) не имеют плиты скольжения, а на верхнем балансире антифрикционный слой не формируется.

Тангенциальные скользящие опорные части на заводе Тангенциальная скользящая опорная часть на объекте Опорная часть на мосту через р. Москву у с. Спас на МКАД

2.2. Шаровая сегментная опорная часть (конструктивные схемы) состоит из нижнего и верхнего балансиров (опорной плиты и шарового сегмента), контактирующих по сферической поверхности, причем одна из контактных поверхностей выполнена из полированной нержавеющей стали, а на другой сформирован антифрикционный слой, что обеспечивает поворот опорного сечения; плиты скольжения, имеющей нижнюю поверхность из полированной нержавеющей стали, которая контактирует с верхней поверхностью верхнего балансира (шарового сегмента), на которой сформирован антифрикционный слой; линейки с указателем перемещений и транспортных креплений. Плиты скольжения всех типов опорных частей имеют боковые борта-упоры (силовые или водоотбойные), причем для неподвижных опорных частей (ШСН) силовые упоры устанавливаются со всех 4 сторон опорной части, для продольно или поперечно подвижных (ШСПЛ) — с 2 сторон. Для всесторонне подвижных опорных частей (ШСПВ) используются только водоотбойные борта.

Детали шаровой сегментной опорной части Шаровые сегментные опорные части на мосту на КЗС Санкт-Петербурга

Основной особенностью тангенциальных скользящих и шаровых сегментных опорных частей является использование в составе антифрикционного слоя армированных (тканых) антифрикционных материалов типа «Даклен-1», несущей основой которых являются полиэфирные ткани из волокон СВМ (типа «кевлара»).

Антифрикционность ткани обеспечивается вплетением в СВМ с лицевой поверхности фторопластовых нитей. В качестве связующего используются материалы на основе эпоксидных смол. Антифрикционный слой формируется по специальной технологии, разработанной НИИ «Химволокно» и характеризуется высокой прочностью, износостойкостью и стабильностью показателей в широком диапазоне температур (от −50° до +60°С) и нагрузок. Измеренные НИИ Мостов при стендовых испытаниях коэффициенты трения антифрикционного слоя по полированной нержавеющей стали не превышают требуемых п. 2.28 СНиП 2.05.03-84 (менее 0.02 при положительных температурах и не выше 0.05 при температуре −40°С).

Антифрикционная ткань «Даклен-1» под микроскопом

Антифрикционный слой, кроме минимального коэффициента трения, характеризуется также как надежный материал, защищающий металл от коррозии.

НИИ Мостов и Физико-техническим институтом им. Акад. А. Ф. Иоффе были выполнены комплексные исследования важнейшего элемента тангенциальных скользящих опорных частей — пар скольжения.

Результаты исследований показали, что потребительские свойства антифрикционного слоя сохраняются при температурах до −50°С, после 250 тысяч циклов испытаний, при искусственном загрязнении тонкомолотым песком. Долговечность антифрикционного слоя оценивается не ниже 50 лет эксплуатации в обычных и суровых климатических условиях и в жарком климате.

Тангенциальные скользящие и шаровые сегментные опорные части могут применяться при любых величинах вертикальных и горизонтальных нагрузок, температурных и изгибных перемещений опорных сечений пролетного строения, что и определяет параметры каждой опорной части.

Разработаны и согласованы технические условия на изготовление таких опорных частей, а также Руководства по монтажу и эксплуатации.

2.3. Шаровая сегментная опорная часть с применением листового фторопласта (конструктивные схемы) состоит из нижнего и верхнего балансиров (опорной плиты и шарового сегмента), контактирующих по сферической поверхности, причем одна из контактных поверхностей выполнена из полированной нержавеющей стали, а на другой закреплен фторопластовый лист, снабженный лунками, заполняемыми смазкой (сферическая пара обеспечивает поворот опорного сечения); плиты скольжения, имеющей нижнюю поверхность из полированной нержавеющей стали, которая контактирует с верхней поверхностью верхнего балансира (шарового сегмента), на которой закреплен фторопластовый лист, снабженный лунками, заполняемыми смазкой, линейки с указателем перемещений и транспортных креплений.

Опорные части с применением листового фторопласта Плита скольжения неподвижной опорной части с применением листового фторопласта Сборка опорной части с применением листового фторопласта

Плиты скольжения имеют боковые борта-упоры (силовые или водоотбойные), причем для продольно или поперечно подвижных (ШСПЛФ) — силовые упоры устанавливаются с 2 сторон. Для всесторонне подвижных опорных частей (ШСПВФ) используются только водоотбойные борта. Неподвижные опорные части (ШСНФ) выполнены круглыми в плане с силовым бортом кольцевого очертания. Эти опорные части изготовляются по Техническим условиям, согласованным СоюздорНИИ, и по всем основным параметрам они аналогичны опорным частям, выпускаемым германской фирмой «Maurer Sohne» и тульским объединением «Мехстроймост».

Плита скольжения продольно подвижной опорной части

2.4. Опорные части минимизированные.

В 2010 г. в целях повышения эффективности и создания достойной конкуренции резино-металлическим опорным частям (РОЧ) был разработан параметрический ряд шаровых сегментных опорных частей минимизированных (см. конструктивную схему).

От традиционных опорных частей новые конструкции отличаются не только минимальными размерами (как правило, не превышающими размеры РОЧ соответствующей грузоподъемности), но и иным типом транспортных креплений, использованием сварных соединений всех сопрягаемых элементов и существенно меньшей стоимостью (см. прайс-листы). Технические и эксплуатационные показатели минимизированных опорных частей не уступают традиционным. Основные параметры опорных частей минимизированных.

2.5. Опорные части, работающие на отрицательные опорные реакции.

Одной из наиболее трудных задач при разработке конструкций опорных частей является обеспечение работы их не только на положительные (направленные вниз) опорные реакции, но и на отрицательные (отрывные) воздействия. Различные фирмы-поставщики и разработчики опорных частей решают эту задачу «в лоб», соединяя элементы опорной части болтами. При этом работа ее на основные нагрузки и обеспечение перемещений существенно ухудшаются, т.к. затяжка болтов нерегулируемо сжимает перемещающиеся элементы опорной части.

Нами было предложено использование внешних высокопрочных болтов в сочетании с тарельчатыми пружинами. Впервые такое решение было опробовано для опорных частей, использованных в опорных узлах перекрытия спорткомплекса «Арена-Рига» в 2005 году. Опыт был положительным. Поэтому в 2011 году для моста через р. Терек в Чеченской республике мы предложили подобные решения для опорных частей, которые должны воспринимать отрицательные нагрузки от сейсмических воздействий (см. конструктивную схему).

Опорная часть, работающая на отрицательные нагрузки

По собственной конструкторской документации мы изготовили 28 шаровых сегментных опорных частей на нагрузки вертикальные 300 и 100 т, отрицательные — 30 и 10 т соответственно, горизонтальные поперечные также 30 и 10 т. Для неподвижных опорных частей продольная нагрузка составляла 160 т.

2.6. Опорные части скольжения.

Опорные части скольжения – конструкция, которая предназначена только для обеспечения свободы линейных перемещений – для применения в случаях, когда жесткость пролетного строения, фермы или другой структуры достаточно велика, и поворотом опорного сечения можно было бы пренебречь.

Такие опорные части могут быть неподвижными, линейно и всесторонне подвижными. Ограничений в грузоподъемности практически нет. Проектируются индивидуально.

Для фирмы «Кислородмонтаж» был изготовлен комплект таких опорных частей на вертикальную нагрузку 72 т:

Опорные части скольжения на заводе Антифрикционные кубики опорных частей скольжения

3. Условия поставки

Опорные части поставляются ООО «СК Стройкомплекс-5», располагающим необходимыми производственными возможностями и опытом. В частности, такие опорные части на нагрузки от 50 до 2620 т применены на мостах через р. Москву и канал им. Москвы на МКАДе, на мосту через р. Оку у г. Каширы, на мосту через р. Белую в г. Уфе, на эстакадах МКАД и 3-го кольца Москвы, на путепроводе в г. Вентспилсе (Латвия), на объектах Эстонии, Казахстана, Украины, на Кольцевой автодороге вокруг Санкт-Петербурга, на Олимпийских стройках г. Сочи и др. объектах. К концу 2013 г. изготовлено и передано заказчикам более 4200 опорных частей различных модификаций для более, чем 110 объектов.

Все готово к сборке Сборка плит скольжения Процесс производства опорной части Испытания в НИИ Мостов

ООО «СК Стройкомплекс-5» поставляет опорные части партиями по согласованному с Заказчиком графику при условии обеспечения финансирования работ с авансированием (предоплатой) в объеме 40—50% от стоимости первой партии опорных частей. Первая партия опорных частей в количестве 10—15 изделий может быть отправлена в адрес Заказчика через 1.0—1.5 месяца со дня получения предоплаты.

Дальнейшая оплата производится в сроки, обусловленные договором на поставку, например, за 10—15 дней перед отгрузкой с завода каждой партии в объеме, соответствующем стоимости отгружаемых изделий. Соответственно определяются и сроки поставки последующих партий.

Стоимость поставок определяется по конкретным условиям применения опорных частей. Как показал опыт, стоимость опорных частей, изготовляемых ООО «СК Стройкомплекс-5» не превышает цены аналогичных опорных частей, изготовляемых Тульским предприятием «Мехстроймост» и в 1.3—1.5 раза ниже стоимости опорных частей фирмы «Maurer Sohne».

В состав документации, сопровождающей отправку, включаются:

технические условия на изготовление;
руководство по эксплуатации;
паспорт на партию изделий с указанием сертификатов примененных материалов;
счет-фактура и другие финансовые документы.

4. Особенности проектирования

При проектировании объектов с использованием тангенциальных скользящих и шаровых сегментных опорных частей необходимо учитывать следующее:

расчеты опор и пролетных строений производятся, исходя из коэффициента трения в опорных частях, определяемого по п. 2.28 СНиП 2.05.03–84*. При этом на неподвижную опорную часть передаются суммарные усилия от трения во всех подвижных опорных частях (со своими знаками);
крепление опорных частей к пролетным строениям и опорам предусматривается в случаях, когда постоянная нагрузка составляет менее 60% от суммарной, причем горизонтальные усилия (продольные для неподвижных опорных частей и/или поперечные для неподвижных и продольно подвижных опорных частей) превышают 10% от величины постоянной вертикальной нагрузки;

размеры опорных частей назначаются по согласованию с поставщиком (см. Условия поставки), исходя из следующих параметров, задаваемых при оформлении заказа:

вертикальные нагрузки на каждую опорную часть (постоянные и суммарные);
горизонтальные нагрузки (продольные и поперечные) — в случаях, когда они превышают силы трения;
расчетные углы поворота вдоль и поперек оси моста;
допускаемое давление на бетон подферменников и на бетон железобетонных пролетных строений;
необходимость крепления опорных частей к опоре и пролетному строению;
дополнительные условия (например, необходимость специальных покрытий при строительстве в условиях агрессивных сред);
наличие продольных и/или поперечных уклонов и необходимость устройства клиновых прокладок между верхней поверхностью опорной части и пролетным строением;

Примерная область применения тангенциальных скользящих и шаровых сегментных опорных частей в разрезных автодорожных пролетных строениях

Нагрузка на опорную часть, т	Длины пролетных строений, м
	металические			стале-железобетонные		железобетонные
	балки	фермы	коробки	балки	коробки	балки	коробки
50*	20—30	20—25	15—20
100*	25—40	20—30	25—30	20—30
150*	30—45	30—35	30—40	30—40	20—35	30—35	20—30
200	35—50	35—40	35—40	35—45	30—40	35—40	20—30
300	40—60	35—45	40—50	40—50	35—50	35—45
400	50—65	45—55	45—60	45—55	40—55	40—50
500	55—70	50—60	50—65	50—65	45—60	45—55
600	60—75	55—65	55—70	55—70	55—70	50—60
800	70—85	65—80	65—80	65—80	65—80	55—70
1000	80—100	70—90	70—90	70—90	70—90	60—80
1200	90—120	80—100	80—100	80—100	80—100	70—90
1500	90—120	90—120	90—110	80—100
2000	100—140	100—140	100—130	90—120
2500	120—160	120—160	110—140	100—140
3000	140—200	140—200	120—160

*) могут эффективно применяться взамен резиновых опорных частей (РОЧСП)

Наша фирма имеет также большой опыт изготовления опорных частей типовых и индивидуальных конструкций (шарнирных, однокатковых и др.). Стоимость и сроки изготовления определяются договорами с Заказчиками.

Верхние балансиры шаровых опорных частей Детали шаровой опорной части (для спорткомплекса в г. Казани) Детали однокатковой опорной части Верхний балансир шарнирной опорной части моста через канал им. Москвы у пос. Хлебниково Нижний балансир шарнирной опорной части моста через канал им. Москвы у пос. Хлебниково Шарнирная опорная часть моста через канал им. Москвы у пос. Хлебниково в сборе

Опорные части мостов

Повышение эффективности и долговечности мостового сооружения напрямую зависит от качества его опорных частей.

Завод металлоконструкций «Северозапад» выпускает следующие опорные компоненты для строительства мостов:

шаровые сегментные опорные части;
опорные части скольжения;
тангенциальные скользящие опорные части;
шаровые опорные части;
однокотковые опорные части;
минимизированные шаровые сегментные опорные части;
типовые опорные части;
специальные опорные части.

Опора ПН Опорная часть Т1ПЛ; Т1ПЛ-С,М Фартук вдоль моста

Преимущества и уникальные свойства шаровых сегментных модификаций

Шаровые сегментные опорные части -это конструкция для перемещения опорных узлов. Ее конфигурация определяется типом подвижности пролетных строений.

Функциональность шаровых сегметных частей:

не подвержены коррозии даже при высокой влажности, повышают несущую способность сооружения при резких изменениях температурного режима, высоком давлении;
обеспечивают движение (поперечное и продольное) пролетов в тяжелых условиях;
эффективно передают сконцентрированное давление от пролета к опоре;
фиксируют пролетную конструкцию на опорах.

Данный тип опорных частей может быть минимизированным. Это альтернатива резиновым модификациям, отличающаяся большей долговечностью. У них особые транспортные крепления. Все элементы соединяются сваркой. Несомненное преимущество – невысокая стоимость.С ценами на опорные части можно ознакомиться здесь.

Кроме типовых конструкций, к каковым относятся тангенциальные, секторные или катковые опорные части, можно заказать однокатковый вариант. Такие опорные части имеют наплавку на контактных поверхностях для повышения их твердости.

Опорные части скольжения используются:

для обеспечения свободного перемещения линейного типа;
нет необходимости в повороте опорного сечения;
при большой жесткости пролета.

Проект данных конструкций разрабатывается специалистами завода "Северозапад" под каждого конкретного заказчика. Их отличительная черта – отсутствие лимита в грузоподъемности. Они бывают неподвижными, подвижными только по одной линии или во все стороны. Используются и шаровые опоры. Они компактны и имеют значительное кручение. Значения сопротивления скольжению и вращение невысоки.

Специальные опорные части разрабатываются для оптимизации их функционирования на передвижение и главные нагрузки.

Область применения тангенциальных скользящих опорных частей

На мостах, которые находятся на прямых отрезках автотрасс, железной дороги.
Во время замены непригодных опорных элементов.
При поперечном расстоянии между опорными частями меньше 10 метров.
При средних и больших пролетах.

Тангенциальные скользящие опорные части выдерживают нагрузку от 50 до 3000 тонн.

Расчет стальных тангенциальных опорных частей

Приведенная методика расчета оправдала себя на практике и позволяет получать экономически приемлемые размеры опорных частей. Для тангенциальных опорных частей выполняют следующие расчеты: расчет на смятие бетона в опорном шве, определение напряжений смятия по Герцу по линии касания, расчет на изгиб нижней и верхней плит, проверку восприятия горизонтальных сил.

При расчете насмятие бетона по нижнему опорному шву принимают равномерное распределение напряжений смятия. На напряженное состояние в опорной системе (рис. 3.12) значительное влияние может оказывать крутящий момент MQ пролетного строения. При определенной величине расстояния между опорными частями и крутящего момента у краев опорных плит могут наблюдаться перенапряжения и подъем, что может потребовать, например, применения опорных частей с шаровым шарниром. При шарнирном опирании с двумя тангенциальными опорными частями на одной опоре момент MQ учитывают поправкой ± MQ/2a к нагрузке, что является грубым приближением.
Необходимо всегда проводить исследования влияния крутящих моментов на общую опорную систему. Если точный расчет не требуется, то при двух опорных частях можно воспользоваться формулой

Точный расчет может потребоваться в плитных мостах с большим числом опорных частей на опоре. В этом случае при расчете распределения опорных реакций используют теорию плит.
В тангенциальных опорных частях угол поворота (вращение верхней плиты относительно нижней) не имеет большого значения. Исследования, как правило, необходимы только при угле поворота φ>0,01:

Если приближенно принять в качестве плоскости действия горизонтальных сил плоскость касания, то максимальные и минимальные краевые напряжения в бетоне можно определить по формуле

Формулы для определения напряжений смятия по Герцу по линии касания следующие: для центральных напряжений смятия

При расчете нижней плиты на изгиб (рис. 3.13, а) толщину ее рассчитывают из условия равномерного распределения напряжений смятия (рис. 3.13, б). Для стальных элементов это дает запас прочности. Действие вертикальной силы распределяют до линии, проходящей через центр тяжести несущей плиты. Момент в сечении m—m от вертикальной силы V с учетом составляющей крутящего момента MQ/2a определяют по формуле

Отдельный расчет максимальных краевых напряжений в опорном шве или напряжений смятия по Герцу здесь не требуется. Для сечения m—m.

Напряжениями в опорных плитах от силы Hy часто можно пренебречь. Если расчет все же требуется, то можно определить их в соответствии с рис. 3.13, г.
При больших нагрузках (>600 тс) и малых горизонтальных силах (≤0,2К), как и в опорных частях с шаровым шарниром, целесообразно применять готовую опорную подушку, располагаемую между нижней и верхней плитами опорной части. При расчете этой подушки (рис. 3.14, а) принимают, что вертикальная сила распределяется ею под углом 45°. Высоту подушки обычно определяют по формуле

При необычных деформациях сооружения (как правило, при φ≥0,01) учитывают изменение условий загружения:

Напряжение от сил Hx и Hy определяют аналогично приведенному выше расчету.
Расчет на изгиб верхней опорной плиты (см. рис. 3.14, г) принципиально не отличается от расчета нижней плиты опорной части.
При расчете на горизонтальные силы прежде всего находят коэффициент сдвига:

В случае R≥v/μст горизонтальные силы воспринимаются силой трения и дальнейший расчет не требуется.
В случаях R≤v/μст; R≥v/μб необходим расчет вертикальных упорных поверхностей (рис. 3.15, а):

Горизонтальная сила Hу воспринимается упором верхней плиты (рис. 3.15,б), присоединенным обычно болтами.
Опорную подушку рассчитывают на горизонтальную силу Hс (рис 3.15, а):

В случае R≤v/μб горизонтальные силы не воспринимаются трением в шве сталь—бетон. Расчет конструктивных элементов для передачи сил H от сооружения через опорные части на опоры аналогичен приведенному выше расчету для опорных частей с шаровым шарниром.

Читайте также: