Область применения металлических мостов

Обновлено: 11.05.2024

Стальными называются мосты, главные пролетные строения которых выполнены из стали. Опоры их могут быть из бетона, железобетона и других материалов. Строительные стали обладают высокой прочностью, пластичностью и ударной вязкостью, поэтому стальные мосты имеют наибольшие пролеты и надежно работают под тяжелыми динамическими нагрузками. Уже к последней четверти XX в. длина пролетов металлических мостов достигала 1400 м, а длина пролетов железобетонных мостов превышала 300 м. Стальные пролетные строения имеют различные статические схемы и разнообразные конструктивные формы. Они легко расчленяются на крупные блоки или элементы, удобные для изготовления, перевозки и монтажа. Масса стальных пролетных строений значительно меньше соответственных железобетонных, что уменьшает нагрузку на опоры мостов, снимает транспортные расходы. К преимуществам стальных пролетных строений мостов относятся возможность максимальной индустриализации их изготовления на заводах, применение автоматической электросварки, высокая степень готовности конструкций, комплексная механизация и малая трудоемкость монтажа различными способами в любое время года и в очень короткие сроки. Стальные пролетные строения имеют длительные сроки службы. Они могут быть сравнительно просто усилены при возрастании временной подвижной нагрузки. Основным недостатком таких пролетных строений является коррозия металла. Применение антикоррозийных сталей и специальных покрытий, а также тщательный надзор за состоянием металла в процессе эксплуатации, устраняют этот недостаток. Стальные мосты сооружают в районах с любыми климатическими условиями. На железных дорогах нашей страны они составляют более 50 % протяженности всех мостов.

Металлические мосты различаются по конструкции пролетных строений, роду езды, статической схеме, по способу соединения конструктивных элементов.

По конструкции пролетные строения бывают двух видов: со сплошной стенкой и со сквозными фермами; большие пролеты выгоднее перекрывать сквозными фермами, а малые — балками со сплошной стенкой. При современных технологиях сплошностенчатые балки оказываются более экономичными в пролетах до 80—100 м.

По роду езды различаются пролетные строения с ездой поверху и ездой понизу. По статической схеме пролетные строения разделяются на балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные, ванто-вые и висячие. Наиболее распространенными являются балочные пролетные строения с разрезными сквозными фермами, перекрывающие пролеты до 160 м. Пролетные строения с неразрезными и консольными фермами применяют главным образом на крупных реках и в путепроводах. Арочные металлические мосты применяются на железных дорогах так же широко, как и балочные. Висячие мосты в нашей стране применяются в основном на автомобильных дорогах. В конце XX в. получили широкое распространение вантовые, балочно-рамные и рамные мосты.

По способу соединения элементов пролетные металлические строения могут быть клепаными, клепано-сварными, цельносварными, на высокопрочных болтах и на обычных болтах.

Применение стальных мостов должно быть обосновано технико-экономическими расчетами. Стальные мосты целесообразны при больших пролетах, так как большие пролеты сокращают количество опор, что при высоких опорах и глубоких фундаментах существенно снижает объемы работ, сокращает продолжительность и стоимость строительства.

Главными задачами в области проектирования и строительства стальных мостов являются: широкое внедрение высокопрочных сталей, снижение расхода металла, укрупнение элементов пролетных строений при изготовлении их на заводах, упрощение монтажных стыков, дальнейшее совершенствование электросварки и технологии заводского изготовления и монтажа стальных конструкций пролетных строений.

Сталь для мостов

Для конструкции мостов, работающих на многократно повторяющиеся тяжелые динамические нагрузки, применяют высококачественные углеродистые или низколегированные мартеновские и конверторные горячекатаные стали, удовлетворяющие требованиям СНиП и ГОСТов.

По стандарту марка углеродистой стали обыкновенного качества обозначается буквами Ст и цифрами от 0 до 7. Качественные углеродистые стали маркируются двухзначными цифрами, показывающими содержание углерода в сотых долях процента (0,8; 25 и т.д.) В обозначение марок кипящей стали добавляются «кп», полуспокойный — «пс», спокойной — «сп». Например: Ст3сп, Ст5пс, Ст2кп. В отличие от маркировки углеродистых сталей, буквы в марке низколегированных сталей показывают наличие в стали легирующих примесей, а цифры — их среднее содержание в процентах; предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Для маркировки стали каждому легирующему элементу присвоена определенная буква: кремний — С, марганец — Г, хром — X, никель — Н, молибден — М, вольфрам — В, алюминий — Ю, медь — Д, кобальт — К. Первые цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, затем буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами — его среднее содержание.

Углеродистая сталь — сплав железа с углеродом и незначительным количеством примесей, находящихся в руде.

Увеличение количества углерода повышает прочность, но снижает пластичность и свариваемость стали. В мостовых конструкциях применяют малоуглеродистые стали, содержащие не более 0,25 % углерода. Стали содержат вредные примеси: серу, фосфор. Сера уменьшает прочность стали, делает ее при температуре 800—1000 °С хрупкой (красноломкой), что влечет за собой появлений трещин при сварке. Фосфор резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, делает ее хрупкой при отрицательных температурах (хладноломкой). В сталях для мостовых конструкций обычного исполнения содержание серы должно быть не более 0,035 % и фосфора — не более 0,035%.

В зависимости от способа выплавки и раскисления, стали делятся на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Спокойные стали обладают большей плотностью и однородностью строения. По условиям поставки углеродистые стали делятся на три группы: А, Б и В, а по нормируемым показателям качества — на шесть категорий. Например, марка ВСт3пс5 обозначает углеродистую сталь 3, группы В, полуспокойной выплавки и пятой категории.

Низколегированная сталь — сплав железа с углеродом и легирующими добавками (до 2,5 %), повышающими прочность, но несколько снижающими пластичность и вязкость стали. Низколегированные стали в зависимости от вида термообработки подразделяются на три категории:

1 — без термической обработки (сырая); 2 — нормализованная; 3 — термически улучшенная после закалки и высокого отпуска. Категория стали указывается цифрой после обозначения марки, например, 10ХСНД-2. Категория 1 не обозначается, а вместо цифры 3 иногда указывается минимальный предел текучести, например, 15ХСНД — 40. Применение низколегированных сталей обеспечивает снижение расхода стали на 15—18 % и сметной стоимости пролетных строений на 12— 15 % по сравнению с углеродистой сталью.

Марки стали. Мостовые конструкции изготавливают из сталей различных марок, отличающихся друг от друга химическими свойствами. Для основных несущих элементов пролетных строений применяют специальные стали марок 16Д, 15ХСНД, 10ХСНД всех категорий. Для второстепенных элементов мостовых конструкций применяются стали марок ВСт3, ВСт2, 09Г2С, 10Г2С, 14Г2 и др.

Свойства сталей. К сталям относятся железоуглеродистые сплавы содержащие до 1,7 % углерода. Стали характеризуются следующими основными свойствами: физическими, механическими, технологическими и химическими.

Важными свойствами являются: температура плавления, теплоемкость, теплопроводность, коэффициент температурного расширения.

Температура плавления — температура, при которой сталь из твердого состояния переходит в жидкое. Температура плавления железа — 1535 °С, но на температуру плавления влияют примеси. Например, чугун с содержанием 4,3 % углерода плавится при 1130 °С. Теплоемкостью называется отношение количества тепла, сообщенного телу, к изменению температуры тела. Теплопроводностью называется количество теплоты, проходящее через площадь поперечного сечения в единицу времени.

Коэффициент температурного расширения — показатель относительного удлинения стального образца при повышении температуры на 1 °С.

Механические свойства сталей характеризуются пределом прочности, пределом текучести, относительным удлинением, твердостью и ударной вязкостью. Предел прочности, предел текучести, относительное удлинение определяются испытанием образца (круглого или прямоугольного сечения) на разрывной машине.

Максимальное напряжение, при котором удлинение испытуемого образца (Δl) пропорционально приложенной к нему нагрузке (P), называется пределом пропорциональности. Деформации образца, в котором напряжения не превышают предела пропорциональности, являются уп-

ругими, т.е. при снятии нагрузки образец восстанавливает свою форму и размеры. При незначительном повышении нагрузки выше предела пропорциональности образец начинает вытягиваться (сталь «течет»), хотя нагрузка остается постоянной. Напряжение, при котором появляется текучесть стали, называется пределом текучести. Деформации, приобретенные образцом на этом этапе испытания, при снятии нагрузки не восстанавливаются, остаются, поэтому они называются остаточными или пластическими. При дальнейшем увеличении нагрузки наступает разрыв образца. Максимально достигнутое при этом напряжение в образце называется пределом прочности стали (временное сопротивление):

а =P/F₀,

где σ_вр— временное сопротивление (предел прочности);

Р — нагрузка, соответствующая временному сопротивлению;

F₀ — первоначальная площадь поперечного сечения образца, мм .

Относительное удлинение образца при испытании на разрыв (растяжение) характеризует пластичность стали, т.е. способность приобретать значительные остаточные деформации без разрывов и трещин:

(L — L₀) AL

о = ^— l = —100,

где δ — относительное удлинение образца;

L0 — первоначальное длина образца;

L1 — длина образца после разрыва;

L — абсолютное удлинение (L1 - L0 = L).

Испытания на растяжение являются основными при оценке механических свойств сталей, применяемых в строительстве.

Твердость — способность стали сопротивляться вдавливанию в нее других, более твердых тел.

Ударная вязкость — свойство сталей противостоять динамическим (ударным) нагрузкам.

Среди химических свойств стали наиболее важным является коррозийная стойкость, которая характеризует способность сталей сопротивляться разрушающему действию окружающей среды. Технологические свойства показывают способность сталей к обработке их давлением, резанием, литьем, сваркой и др.

Термическая обработка улучшает физико-механические свойства стали. Различаются следующие виды термической обработки стали: закалка, отпуск, отжиг, нормализация.

Закалка заключается в нагреве стали до 800—900 °С и быстром ее охлаждении в воде или масле. Закалка увеличивает прочность и твердость стали, но уменьшает ударную вязкость.

Отпуск закаленной стали — медленный ее нагрев до 200—350 °С, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение на воздухе. При отпуске снижается твердость стали, но увеличивается ударная вязкость.

Отжиг — нагрев стали до определенной температуры, выдержка и медленное охлаждение в печи. Отжиг применяется для снижения твердости и повышения вязкости стали.

Нормализация стали — разновидность отжига. Нормализация повышает твердость, прочность и ударную вязкость стали.

В зависимости от механической прочности все стали подразделяются на семь классов, которые обозначаются буквой С (сталь) и числами, показывающими в числителе временное сопротивление, а в знаменателе — предел текучести стали (в кН/см 2 ). Кроме того, стали делятся на три группы:

• обычной прочности — включающие малоуглеродистые класса С
38/23;

• повышенной прочности — низколегированные стали классов С 44/29, С 46/33, С 52/40;

• стали высокой прочности — термоупрочненные, класса С 60/45, С 70/60, С 85/75.

Для конструкции мостов применяют различные марки сталей в зависимости от назначения моста (железнодорожный, автодорожный, пешеходный и др.), типа исполнения (обычный или северный), вида элемента (несущий или второстепенный), способа монтажных соединений (сварка, высокопрочные болты), вида и толщины проката и других особенностей. При расчетной температуре воздуха T_min до -40 °С применяются конструкции обычного исполнения. При расчетной температуре воздуха T_min от -40 °С до -50 °С применяют конструкции северного исполнения типа «А», а для районов с T_min -50 °С — северного исполнения типа «Б».

Сортамент прокатной стали

Мостовые конструкции изготавливают из горячекатаной стали, выпускаемой металлургическими заводами и удовлетворяющей требованиям ГОСТов и СНиП. Прокатка осуществляется в специальных прокатных станах, придающих металлу необходимый поперечный профиль. Перечень размеров прокатываемых профилей, установленный ГОСТом, называется сортаментом.

Прокатная сталь делится на листовую и фасонную (профильную) (рис. 7.1).

Мостовая сталь толщиной от 4 до 60 мм прокатывается между валками прокатного стана, поэтому она имеет неровные кромки. Ширина листов 1250—2600 мм, длина — до 4200 мм.

Широкополосная универсальная сталь прокатывается между четырьмя валками стана, имеет толщину 6—60 мм, ширину 200—1050 мм и длину от 5 до 12 м. Универсальная сталь не требует продольной резки и строжки, что снижает стоимость изготовления конструкций.

Уголки равнобокие и неравнобокие являются распространенными видами профильной прокатной стали. Равнобокие уголки прокатываются калибром от 40+40×3 до 250+2500×30 мм. В неравнобоких уголках одна полка в 1,5 раза шире другой; эти уголки прокатываются калибром от 50+32×3 до 250+160×20 мм. Длина уголков — до 19 м.

Двутавры бывают двух видов — обыкновенные и широкополочные. Обыкновенные двутавры изготавливают высотой от 100 до 700 мм, широкополочные — высотой до 1000 мм.

В сортаменте номер двутавра указывает его высоту в сантиметрах. Ширина полок обыкновенного двутавра составляет около 0,3 его высоты, а широкополочных — 0,4—0,6 высоты. Двутавры изготавливаются длиной: обыкновенные от 5 до 19 м, широкополосные до 24 м.

В сортаменте номер швеллера обозначает его высоту в см. Швеллеры прокатываются выстотой от 5 до 40 см и длиной до 19 м. Кроме указанных видов проката, в конструкциях применяется полосовая, круглая и другая фасонная сталь.

Рис. 7.1. Профили прокатной стали:

а — листовая сталь; б — равнобокий уголок; в — неравнобокий уголок;

г — обыкновенный двутавр; д — широкополочный двутавр; е — швеллер;

1 — обушок; 2 — выкружка; 3 — кромка; 4 — полка; 5 — стенка; а — ширина

полки; b — ширина полки швеллера; δ — толщина листа; h — высота двутавра,

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Общие сведения о металлических мостах.

Металлическими мостами считаются мосты, имеющие металлические пролетные строения. Опоры таких мостов бывают, как правило, бетонными, реже — железобетонными; старые мосты имеют опоры из каменной кладки. В редких случаях опоры могут быть металлическими (виадуки, путепродрды).

Достоинствами металлических мостов являются возможность максимальной индустриализации изготовления (поточное изготовление элементов на заводах) и скоростного монтажа из готовых элементов, в том числе укрупненными блоками, а также снижение транспортных расходов, отсутствие работ по омоноличиванию на стройплощадках и значительная простота восстановления по сравнению с железобетонными мостами.

Эти преимущества в сочетании с высокой удельной прочностью металлов (высокой прочностью при малом весе металлических конструкций) определили область применения металлических мостов: это, как правило, большие и средние пролеты преимущественно под железную дорогу. На автомобильных дорогах и в городах металлические мосты также получили большое распространение благодаря легкости конструктивных форм и своим архитектурным достоинствам.

По статической схеме металлические мосты разделяются на балочные, рамные, арочные, висячие, вантовые и комбинированных систем.

Балочные мосты могут быть с шарнирным опиранием на две опоры (разрезные), а также неразрезные и консольные. Разрезные пролетные строения с ездой поверху под железную дорогу применяются пролетами от 23 до 66 м с ездой на деревянных поперечинах, по железобетонной плите без балласта и с железобетонной плитой балластного корыта, включенной в работу балок. Под автомобильную дорогу применяют преимущественно неразрезные, реже консольные пролетные строения пролетами более 60 —80 м.

Арочные металлические мосты пролетами от 70 до 500 м строят, как правило, двухшарнирными; бывают мосты со сплошными и со сквозными арками.

Висячие и вантовые мосты под железную дорогу почхи не применяют вследствие большой деформативности. Они строятся преимущественно в городах и достигают пролетов 350 м (вантовые) и 1500 м (висячие). Мосты комбинированных систем (фермы с жестким нижним поясом, гибкие арки с балкой жесткости и т. п.) выполняют из металла в случае явного экономического преимущества перед железобетонными (как правило, при пролетах, превышающих 100 — 120 м).

Достоинства и недостатки металлических мостов.

Достоинства: -высокая индустриальность изготовления конструкций на заводе; -пролетные строения как правило унифицированы; -технологичность устр-ва или монтажа; -возможность перекрытия больших пролетов при относит. Небольшом весе пролетного строения; -возможность восстановления констр. при её повреждении, а также её усиление.

Недостатки: -потребность использования большого кол-ва прокатного металла; -необх-ть постоянного наблюдения за состоянием констр. узлов деталей; -предохранение конструкции от коррозии

Материалы металлических мостов.

Сталь – главн. материал – железоуглеродистый сплав с содержанием С до 2%.

Спокойная сталь (СП) – имеет слитное плотное строение.

Полуспокойная сталь (ПС)

Кипящая сталь (КП) – процесс раскисления прошел не до конца, в ней остались пузырьки газа CO, сваривается и удовл. обрабатывается, но при t=-10 проявляет хрупкость.

Для улучшения механических свойств в сталь при выплавке добавляют легирующие эл-ты. В зависимости от их содержания стали подразделяют:

-углеродистая, –низколегированная (1-2,5%), -среднелегированная (2,5-10), -высоколегированная (>10%). Легирующие эл-ты: S, Mn, Cr, Ni, Mo.

Углеродистая сталь: -низкоуглеродистая (до 0,25%), -среднеуглеродистая (0,25-0,6%), -высокоуглеродистая (0,6-2%).

Мех. свойства стали: предел текучести, предел прочности, относ удлинение, ударная вязкость, изгиб в хол. состоянии.

Механические св-ва сталей

-изгиб в холодном состоянии на 180град

Сортамент сталей

1.Листовая сталь: -тонко(узкополосная); -толсто(толстополосная)

2.Угловая сталь: -равнобокие 20*20; -не равнобокая 10*25; 100*100*10 в мостостроении

Тема 7.1. Общие сведения. Основные системы металлических мостов.

Металл один из наиболее совершенных материалов, применяемых для строительных конструкций. Металл как строительный материал для мостов применяется очень давно. В мостах металлическими делают пролетные строения, опоры же устраивают бетонными, ж/б или каменными. В редких случаях опоры могут быть металлическими (особо высокие мосты, виадуки, путепроводы и эстакады).

Рис.140. Металлический арочный мост через реку

Рис.141. Висячий металлический мост пролетом 1298 м

Достоинства металлических мостов:

· возможность максимальной индустриализации изготовления (поточное изготовление элементов на заводах);

· скоростной монтаж из готовых элементов, в том числе укрупненными блоками;

· снижение транспортных расходов;

· отсутствие работ по омоноличиванию на стройплощадках;

· значительная простота восстановления по сравнению с железобетонными мостами.

· большие и средние пролеты преимущественно под железную дорогу;

· на автодорогах и в городах – благодаря легкости конструктивных форм и архитектурным достоинствам.

Существенный недостаток металлических – это коррозия металла от атмосферных воздействий. Особенно неблагоприятны условия работы металла при наличии сернистых газов (например в путепроводах над неэлектрофицированными ж/д путями), или соляной пыли (на морском побережье).

7.1.2 Классификация металлических мостов по статической схеме, уровню проезда, конструкции, применению и назначении.

По статической схеме металлические мосты разделяются на:

6. комбинированных систем.

1. На автомобильных дорогах применяют преимущественно неразрезные, реже консольные балочные пролетные строения пролетами более 60-80м с двутавровыми или коробчатыми балками.

2. Стальные рамы применяют для автодорожных виадуков больших пролетов.

3. Арочные металлические мосты пролетами от 70 до 500м строят, как правило, двухшарнирными; бывают мосты со сплошными и со сквозными арками.

4. Висячие и вантовые мосты строят преимущественно в городах и достигают пролетов 350м (вантовые) и 1500м (висячие).

5. Мосты комбинированных систем (фермы с жестким нижним поясом, гибкие арки с балкой жесткости и т.п.) выполняют из металла в случае явного экономического перед ж/б пролетами превышающими 100-120м.

К особым системам относятся разводные мосты, строящиеся только металлическими в больших городах и в устьях крупных рек, куда заходят морские суда с большим подмостовым габаритом (до 40м), если по экономическим или архитектурным соображениям устройство неподвижного моста с высокими насыпями нецелесообразно.

По уровню езды металлические мосты бывают с ездой понизу, поверху и посередине.

По назначению они разделяются на ж/д, а/д, под совмещенную езду, городские, пешеходные и под трубопроводы.

По виду соединений металлические мосты бывают клепанными, сварными, а также со сварными элементами, соединяемыми в узлах на заклепках (клепано-сварные) и на высокопрочных фрикционных болтах (болто-сварные).

По конструкции металлические пролетные строения бывают со сквозными (решетчатыми) фермами и со сплошными фермами(балками).

7.1.3 Материалы и способы соединения элементов металлических мостов.

Основным материалом металлических мостов является сталь, подразделяемая по прочности на классы. Класс обозначают дробью: в числителе указывают предел прочности, а в знаменателе – предел текучести стали в кгс/мм².

В современном мостостроении для несущих конструкций применяют углеродистую сталь класса С38/23 марок Ст3 мост (для клепанных) и М16С (для сварных элементов).

Для соединений элементов стальных конструкций материалы выбирают в зависимости от прочности основного металла и района постройки моста (обычное или «северное» исполнение). Основным видом монтажных соединений в настоящее время являются высокопрочные фрикционные болты из термообработанной стали. Эти болты, затянутые до нормативной величины натяжения, передают усилия в соединениях элементов благодаря трению по соприкасающимся плоскостям. При этом сам болт является предварительно напряженным элементом и работает на растяжение, а соединяемые им поверхности – на трение.

Общая характеристика и область применения металлических мостов

Металл - наиболее совершенный из материалов, применяемых для постройки современных мостов. Металл обладает хорошими механически-ми качествами при различных условиях работы под нагрузкой. Вместе с тем он хорошо поддается обработке и позволяет образовывать элементы различной формы для конструкций разнообразных систем. Эти качества способствовали широкому использованию металла для постройки мостов. При этом в мостах металлическими делают обычно только пролетные строения. Опоры же в большинстве случаев устраивают бетонными или железобетонными. В прошлом опоры строили из каменной кладки. В особо высоких мостах и виадуках, а также в путепроводах и эстакадах иногда делают металлическими надземные или надводные части опор.

Содержание

1 Общая характеристика и область применения металлических мостов 3
2 Достоинства и недостатки металлических мостов 3
4 Основные дефекты железобетонных и каменных пролетных строений мостов 11
Список литературы 15

Работа содержит 1 файл

Металлические мосты.doc

1 Общая характеристика и область применения металлических мостов

2 Достоинства и недостатки металлических мостов

4 Основные дефекты железобетонных и каменных пролетных строений мостов

1 Общая характеристика и область применения металлических мостов

В настоящее время для металлических конструкций мостов применяют строительные углеродистые или низколегированные стали. Ведутся исследования по применению для мостов и более высокопрочных сталей, в частности термообработанных. Имеются также отдельные случаи применения в мостах легких дюралюминиевых сплавов.

Благодаря высокой прочности современных строительных сталей металлические мосты, несмотря на значительный объемный вес стали, оказываются наиболее легкими, что позволяет использовать металл для пере-крытия пролетов, значительно превосходящих пролеты мостов из других материалов.

Существенное преимущество металлических мостов заключается в индустриальности их изготовления и сборки. Все элементы металлических конструкций мостов изготавливают на хорошо оборудованных заводах и доставляют на место постройки, где производят сборку. Сборка металлических конструкций мостов может быть полностью механизирована, что позволяет вести монтажные работы быстрыми темпами[1].

Многие системы металлических пролетных строений могут быть легко собраны навесным способом, установлены на место надвижкой или доставлены на плаву. Это облегчает постройку мостов через глубокие горные лощины, многоводные реки и реки с интенсивным судоходством.
В эксплуатационном отношении металлические мосты значительно лучше деревянных, так как требуют меньших расходов по содержанию и ремонту и имеют более длительный срок службы. Металлические мосты в этом отношении немного уступают железобетонным мостам.
Большой недостаток металлических конструкций мостов - ржавление (коррозия) металла от действия влаги, сернистых газов и других вредных воздействий. Для защиты от ржавления элементы металлических конструкций мостов покрывают стойкими красками. Необходим также тщательный надзор за состоянием металла в процессе службы.

В настоящее время строительство большой сети новых автомобильных и железных дорог, а также реконструкция существующих, требуют возведения многочисленных мостовых переходов, в частности через крупные реки. Учитывая преимущества металлических мостов при перекрытии больших пролетов, непрерывный рост металлургической промышленности нашей страны, имеются все основания расширять применение металла в строительстве мостов.

3 Основные системы металлических мостов

Высокие качества строительных сталей, хорошо работающих на все виды силовых воздействий, дают возможность изготовлять из них металлические мосты различных систем и конструкций. Поэтому применяемые в настоящее время системы металлических мостов разнообразны и многочисленны.
Ввиду многообразия систем и конструкций металлических мостов четкая их классификация довольно затруднительна. Тем не менее, по статическим схемам главных несущих элементов пролетных строений, металлические мосты могут быть разделены на следующие основные системы: 1 - балочные; 2 - арочные; 3 - висячие. Кроме того, металлические мосты часто делают также различных комбинированных систем, образованных путем сочетания простых систем или добавления к простым системам дополнительных элементов. Иногда металлические мосты устраивают рамной системы. Наиболее широкое применение в настоящее время имеют балочные мосты.
Современные стали дают возможность перекрывать балочными кон-струкциями не только обычные пролеты, наиболее часто встречающиеся в мостах через средние и большие реки, но и исключительно большие пролеты (до 300-500 м) через крупнейшие реки и другие препятствия. Особенностью балочных мостов является передача пролетными строениями опорам в основном (от вертикальных нагрузок) только вертикальных давлений. Это облегчает устройство мостов через глубокие реки при большой высоте опор. Кроме того, балочные мосты имеют несложную конструкцию и, в большинстве случаев, могут быть возведены более простыми приемами, чем мосты других систем. В зависимости от статической схемы балочные мосты могут быть: разрезной, неразрезной и консольной системы.

По конструкции же главных несущих элементов балочные мосты разделяются на мосты, имеющие главные балки со сплошной стенкой.

В мостах разрезной системы каждый пролет перекрыт самостоятельным пролетным строением, не связанным с соседними[2].

Разрезность моста обеспечивает простоту и независимость работы каждого пролета. Благодаря этому балочно-разрезные мосты могут быть применены даже при неблагоприятных грунтовых условиях, так как возможность просадки опор не оказывает вредного влияния на работу разрезных пролетных строений. Повреждение или разрушение одного из пролетов моста не оказывает влияния на остальные неповрежденные пролетные строения. Пролетные строения балочных разрезных мостов легко поддаются типизации и стандартизации. Кроме того, разрезные пролетные строения удобны для изготовления и сборки. Поэтому мосты балочных разрезных систем имеют большое распространение как на железных, так и на автомобильных дорогах.

Рис. 2.20. Основные системы металлических мостов:
1 - сопряжение подвесного пролета с консолью; 2 - временная нагрузка;
3 - балка жесткости; 4 - арочный пояс; 5 - кабель; 6 - вант;
7 - подпружный арочный пояс; 8 - дополнительный подкос

Основной недостаток разрезных балочных мостов - несколько большая затрата металла, так как в них не используется разгружающее влияние соседних пролетов или консолей, как в неразрезных или консольных мостах. Кроме того, в связи с необходимостью устройства па каждой опоре опорных частей двух соседних пролетных строений, а также неизбежным внецентренным действием на нее давления при загружении одного из пролетов, опоры балочно-разрезных мостов получаются довольно широкими.

Неразрезные мосты, имеющие главные балки (фермы), перекрывающие два или несколько пролетов, благодаря совместной работе и разгружающему влиянию над опорных моментов требуют меньшей затраты материала, чем разрезные мосты. Вследствие того, что разгружающее действие соседних пролетов в наибольшей мере проявляется от постоянной нагрузки, экономия в затрате материалов по сравнению с разрезной системой возрастает с увеличением пролетов моста. Кроме того, неразрезные балочные мосты благодаря расположению только одной опорной части на каждом быке и центральной передаче давлений требуют более тонких опор. Временная нагрузка спокойнее переходит с пролета на пролет, так как линия прогиба имеет плавное очертание. Неразрезные мосты обладают большей жесткостью по срав-нению с разрезными пролетными строениями. Наконец, неразрезные мосты позволяют удобно применять навесной монтаж без подмостей. Однако у неразрезных мостов имеются и некоторые недостатки: появление дополнительных напряжений в главных балках (фермах) в случае неодинаковых просадок опор и большие температурные удлинения при многопролетной схеме.

Благодаря меньшей затрате металла, особенно при больших пролетах, уменьшению объема кладки в опорах, а также хорошим эксплуатационным качествам неразрезные пролетные строения довольно часто применяют в автодорожных мостах.

Промежуточной по своим свойствам и условиям работы является консольная система. По затрате металла на пролетные строения она близка к неразрезной. Благодаря статической определимости просадки опор не вызывают в ее главных балках (фермах) дополнительных напряжений. Консольные мосты, как и неразрезные, дают возможность навесной сборки. Опоры консольных мостов благодаря центральному опиранию на них пролетных строений в одной точке получаются небольшой ширины по фасаду. Экономические преимущества консольных мостов так же, как и неразрезных, увеличиваются с возрастанием величины пролетов. Однако консольная система имеет сложные конструктивные места - сопряжения подвесных пролетов с консолями. В этих сопряжениях под нагрузкой образуются довольно резкие перегибы линии прогиба, вызывающие динамическое воздействие, особенно при проходе тяжелых нагрузок. Это обстоятельство наиболее существенно для мостов под рельсовую нагрузку (железнодорожную, трамвайную), но имеет также значение для мостов на современных скоростных автомагистралях. Необходимо также отметить, что в случае повреждения одного из основных пролетов неизбежно обрушение конструкции соседних пролетов. В связи с тем, что современная техника фундирования дает возможность устраивать надежные в отношении просадок опоры мостов даже в сложных грунтовых условиях, смысл применения консольных мостов в настоящее время отпал. Поэтому, часто встречающиеся в старых мостах консольные системы теперь применяют в металлических мостах очень редко[3].

Металлические арочные мосты, являясь распорной системой, требуют меньшей затраты металла на пролетные строения, чем мосты балочных систем. Но зато из-за передачи распора опоры приходится делать более мощными.
При хороших грунтах арочная система часто бывает весьма целесообразной. При плохих грунтовых условиях и большой высоте опор применение арочных мостов затрудняется. В связи с этим в равнинных районах арочные мосты применяют значительно реже, чем балочные. Зато арочные мосты часто строят в городах, во многих случаях исходя из архитектурных соображений. По своей конструкции арочные мосты имеют арки сплошного сечения (рис. 2.20, е) или же решетчатые арочные фермы. Распор арочного пролетного строения может быть воспринят затяжкой. В этом случае пролетное строение превращается в безраспорное балочное.

В автодорожных и городских мостах часто применяют арки с жесткой затяжкой в виде сплошной балки или сквозной фермы, называемой балкой жесткости. В таких пролетных строениях арку обычно устраивают в виде полигонального сжатого пояса. По условиям своей работы эта система относится к комбинированным системам.

Арочные мосты могут быть неразрезными и консольными, но, не имея ни технических, ни экономических преимуществ, эти системы не получили распространения.

Главная особенность висячих мостов заключается в том, что основными несущими их элементами служат кабели, цепи или ванты, выполняемые из высококачественной стали большой прочности. В случае закрепления этих элементов с помощью оттяжек в грунте или устоях висячие мосты называют распорными. Для увеличения вертикальной жесткости висячих мостов их снабжают балками жесткости. В этом случае система превращается уже в комбинированную; однако ввиду того, что висячие мосты с балкой жесткости имеют специфические особенности, свойственные только висячим системам, они рассмотрены в главе, посвященной висячим мостам. Если закрепить концы оттяжек к концам балки жесткости и передать ей горизонтальные слагающие усилия в оттяжках, то система становится внешне безраспорной. Другую разновидность внешне безраспорных висячих мостов представляют системы с балкой жесткости, поддерживаемой системой вантов, симметрично или несимметрично расположенных по обе стороны пилонов. Безраспорные висячие системы в отношении опорных реакций аналогичны балочной системе. Висячие мосты могут быть и многопролетными (неразрезными); в таких мостах несущий кабель проходит непрерывно через несколько пролетов. Так как висячие мосты по сравнению с мостами других систем имеют меньшую жесткость, то их устраивают, как правило, на автомобильных дорогах и в городах. Случаи строительства висячих мостов, служащих для пропуска железнодорожной нагрузки, очень редки.

Кроме рассмотренных выше систем, в металлических мостах применяют также комбинированные системы, образованные из балок (или ферм), усиленных нижним дополнительным поясом в виде шпренгеля или гибкой арки. Разновидностью комбинированных систем, получившей за последние годы применение в автодорожных мостах, является конструкция, образованная из консольной или неразрезной балки, усиленной дополнительными подкосами. Комбинированные системы имеют ту особенность, что благодаря их статической неопределимости можно применять искусственное регулирование усилий в их элементах, дающее экономию в затрате металла на конструкцию. К числу комбинированных систем относятся также сквозные фермы с жестким верхним или нижним поясом.

4 Основные дефекты железобетонных и каменных пролетных строений мостов

Наиболее распространенным дефектом железобетонных мостов являются трещины в бетоне. В конструкциях из обычного железобетона в зонах, работающих на растяжение, появление трещины неизбежно, так как действительные деформации бетона превышают его так называемую растяжимость. При правильном конструировании эти трещины не должны иметь раскрытий, превышающих 0,2 мм[4]. Считают, что при таком раскрытии трещин в мостовых конструкциях не возникнет ржавления арматуры и, следовательно, не произойдет существенного снижения долговечности.
Трещины в предварительно напряженных железобетонных конструкциях с напряженной арматурой в виде проволочных пучков, отдельных проволок или канатов наиболее опасны. При доступе влаги к арматуре через трещины площадь ее сечения вследствие коррозии быстро уменьшается.
В некоторых случаях сами трещины, снижая несущую способность поперечного сечения элемента, являются причиной уменьшения грузоподъемности пролетных строений. Это прежде всего относится к предварительно напряженным конструкциям, например при наклонных трещинах в стенках балок. При оценке опасности различных типов трещин необходимо тщательно анализировать их влияние на .эксплуатационные характеристики конструкций, учитывая при этом и тенденции к развитию трещин.Наклонные трещины 2 в стенках балок образуются в основном вследствие силового воздействия главных растягивающих напряжений, а также в результате температурно-усадочных деформаций. Эти трещины особенно опасны в предварительно напряженных пролетных строениях, так как могут значительно снижать их грузоподъемность, что требует расчетной проверки.
Продольные трещины в местах примыкания плиты балластного корыта к стенкам балок 3 также относятся к категории опасных, вносящих изменения в работу конструкции под нагрузкой, и требуют соответствующего внимания и учета при расчетах грузоподъемности. Одной из главных причин образования этих трещин являются нарушения в технологии изготовления пролетных строений.

Общая характеристика и область применения металлических мостов. Краткий исторический очерк развития металлических мостов. Современные системы металлических пролетных строений. Основные положения проектирования и расчета стальных конструкций мостов

Общая характеристика и область применения металлических мостов. Краткий исторический очерк развития металлических мостов. Современные системы металлических пролетных строений. Основные положения проектирования и расчета стальных конструкций мостов.

Металл, в первую очередь сталь – наиболее совершенный материал для строительных конструкций. Благодаря высокой прочности стали, пролетными строениями из нее можно перекрывать значительно большие пролеты, чем железобетонными. Современные конструкции стальных пролетных строений позволяют перекрывать пролеты длиной до 3 км.

По статической схеме пролетные строения могут быть балочными (разрезными и неразрезными), арочными, рамными, комбинированными, вантовыми или висячими. По расположению уровня проезда – с ездой поверху, ездой понизу или посередине. По типу конструкции – со сплошными несущими конструкциями (балками, рамами, арками) и со сквозными (решетчатыми). Наибольшее распространение получили балочные пролетные строения с ездой поверху. Различают стальные балочные пролетные строения, в которых главные балки и плита проезжей части выполняются из стали и сталежелезобетонные – в которых главные балки выполняются из стали, а плита проезжей части из железобетона.

Сталь имеет более высокий модуль упругости, чем железобетон. Это обеспечивает требуемую жесткость конструкций, при значительно меньшей площади поперечного сечения, в сравнении с железобетоном. Меньшая площадь сечения стальной конструкции, даже с учетом большего удельного веса стали, обеспечивает меньший вес стальной конструкции в сравнении с железобетонной.

Металлические пролетные строения обладают рядом преимуществ, по сравнению с пролетными строениями из других материалов:

- высокая индустриальность изготовления на заводах;

- удобство монтажа, независимо от времени года, с применением навесной и полунавесной сборки;

- возможность перекрытия больших пролетов, при сравнительно небольшом собственном весе конструкции;

- сравнительная простота восстановления конструкции в случае повреждения, а также простота усиления, в случае необходимости;

Основными недостатками металлических пролетных строений являются высокий расход прокатного металла и большие эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью периодической окраски конструкций.

Сегодня область применения металлических пролетных строений чрезвычайно широка. Из построенных металлических пролетных строений наибольшие величины пролетов, которые могут быть перекрыты для наиболее распространенных статических схем следующие:

– сплошностенчатым балочным неразрезным пролетным строением – центральный пролет до 200 м;

– решетчатым неразрезным пролетным строением – центральный пролет до 350 м;

- арочным пролетным строением до 700 м

- вантовым пролетным строением – до 1200 м;

- пролетным строением висячей системы – до 3000 м

Минимальные величины пролетов, когда применение металлических пролетных строений может быть экономически оправданно – практически любые. В нашей стране иногда применяют цельнометаллические пролетные строения даже в диапазоне пролетов от 6 до 33 м, т.е. в той области, которая в недавнем прошлом считалась прочно занятой сборно-монолитным железобетоном. В особенности это относится к мостам с повышенными архитектурными требованиями, расположенным в исторической части городов или в парковой зоне.

Основным направлением технического прогресса в области стальных и сталежелезобетонных пролетных строений является снижение массы конструкций за счет применения сталей повышенной прочности, применения цельносварных монтажных соединений, совершенствования конструктивных форм поперечных сечений пролетных строений, обеспечивающих не только экономию материала и уменьшение эксплуатационных расходов, но и повышение уровня индустриализации заводского изготовления и монтажа.

История развития металлических мостов. Влияние совершенствования материалов для металлических мостов на конструктивные решения. Основные механические свойства чугуна, сварочного железа, литого железа и стали. Требования к стали, как к материалу для изготовления мостов.

Задолго до нашей эры металл применяли для строительства сооружений и мостов в древних государствах Междуречья, Персии, Египте и Малой Азии. Имеются упоминания о бронзовых деталях, применявшихся на мосту Элия через р.Тибр в Риме, построенном Мессиусом Рустикусом в 136 г. Н.э. Однако вплоть до XVIII века металл оставался, главным образом, материалом для изготовления деталей отдельных скреплений несущих конструкций мостов, а также механизмов разводных мостов. Связано это конечно в первую очередь с отсталой технологией производства металла, при которой его производство было весьма дорого, чтобы использовать металл как конструктивный материал для строительства мостов.

Переворот в использовании металла для мостостроения связан с эпохой промышленной революции в Англии и других передовых странах Европы второй половины XVIII века. Индустриализация производства, развитие металлургии способствовали получению сравнительно дешевого и однородного по качеству чугуна, пригодного для изготовления крупных отливок сложной формы.

По-видимому первый чугунный арочный мост был построен через р.Северн в Коэлбрукдейле (Англия) в 1779 году. Автор проекта моста Абрахам Дэрби.

Мост имел один пролет длиной 31 м. Своими формами (полуциркульными арками) он напоминал каменные и деревянные мосты, строившиеся до этого.

В 1796 году в Сандерленде (Англия) возведен арочный чугунный мост, имевший пролет длиной 72 м и стрелу подъема арок 13,65 м.

В дальнейшем, главным образом в первой половине XIX века арочные чугунные сооружения строят как под шоссейную, так и под железную дороги. Их конструкции претерпевают ряд изменений – появляются трубчатые арки с эллиптическим и круглым поперечным сечением, из элементов двутаврового профиля, соединяемых болтами, и др. Насколько известно, пролет мостов этого типа не превышал 72 м.

Спустя всего три года после строительства моста через р.Северн русским изобретателем-самородком И.П.Кулибиным был предложен проект металлического моста через р.Неву в Санкт-Петербурге. Вслед за этим в 1780-е годы по проектам Камерона, Кваренги, Росси, Старова, Баженова и др. начинается строительство замечательных по своей архитектуре чугунных мостиков в парковых ансамблях Царского Села и Павловска. Архитектором Гесте в начале XIX века были построены в Санкт-Петербурге шесть городских чугунных арочных мостов пролетами от 15 до 32 м.

В то время надежной конструкцией считалось использование в арках литых двутавровых секций или ребристых блоков-ящиков, скрепляемых болтами, со свинцовыми прокладками в швах. Благодаря такой несущей конструкции пролетных строений рационально используется способность чугуна хорошо воспринимать высокие сжимающие и касательные напряжения, возникающие в сводчатых или арочных конструкциях. На этой основе в 1807 году Гесте разработал первый в истории типовой проект чугунного арочного моста через р.Мойку. По такому же проекту были построены мосты через Екатерининский канал (Грибоедова), а также через Введенский канал ныне засыпан).

См. фото 4, 5

В 1850 году заканчивается строительство крупнейшего для своего времени первого постоянного моста через реку Неву – Благовещенского.

Он интересен тем, что это первый постоянный мост через Неву. В то время он был самым протяженным мостом в Европе и одним из самых красивых в архитектурном отношении.

Читайте также: