Опорные части металлических мостов

Обновлено: 16.05.2024

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.

Назначение и виды опорных частей металлических мостов

Опорные части мостов предназначены для передачи опорных реакций от пролетных строений на опоры и обеспечения угловых и поступательных перемещений опорных узлов, как предусмотрено расчетной схемой.
Опорные части разделяются, как и опорные закрепления в расчетных схемах, на неподвижные и подвижные. Это деление связано только с поступательными перемещениями. Неподвижные и подвижные опорные части должны обеспечивать повороты опорных сечений, вызываемые изгибом конструкций.
Кроме того, они различаются способами реализации поворотов и поступательных перемещений опорных сечений. Так, неподвижные части можно разделить на плоские, тангенциальные, секторные, стаканные, с шаровыми сегментами и с эластичными элементами (рис. 10.1). Первые три типа представляют собой конструкции, изготавливаемые из металла, три последние — комбинированные, в которых наряду с металлом использованы полимерные материалы.

Плоские опорные части (см. рис. 10.1, а) применяют в пролетных строениях с достаточно большой жесткостью, где угол поворота опорных сечений мал и для его обеспечения достаточно прокладки из податливого материала. При этом незначительное ограничение поворота не приведет к заметным дополнительным усилиям в конструкции.
В балансирных (см. рис. 10.1, б) и тангенциальных (см. рис. 10.1, в) частях поворот достигается опиранием плоского балансира на цилиндрическую нижнюю часть или сочленением балансиров с помощью цилиндрического шарнира. При этом опорное сечение может повернуться только в одной плоскости. Контакт происходит по линии с возникновением контактных напряжений, величина которых зависит от радиуса цилиндрической поверхности.
Стаканные опорные части (см. рис. 10.1, г), опорные части с шаровыми сегментами (см. рис. 10.1, д) и с эластичными элементами (рис. 10.1, е) обеспечивают поворот в любой плоскости. При этом нагрузка от верхнего балансира к нижнему передается по площади. Принцип работы стаканных опорных частей заключается в передаче вертикальной силы через прокладку из аморфного материала, которая допускает свободные повороты практически относительно любой оси. В современных конструкциях в качестве аморфного материала используют упругую резину (эластомер) на основе хлоропренового каучука. Аналогично, т.е. за счет деформаций упругой резины, обеспечивают повороты опорные части с эластичными элементами. Для повышения жесткости прокладок и эластичных элементов их иногда армируют металлическими листами.
В опорных частях с шаровыми сегментами сечение поворачивается за счет скольжения шарового сегмента по вогнутой сферической поверхности нижнего элемента. Свобода поворота достигается малой величиной трения по поверхности скольжения, для чего вогнутую поверхность покрывают антифрикционным материалом, а ответную поверхность шарового сегмента выполняют из коррозионно-стойкой стали с малой шероховатостью и полируют.
Подвижные опорные части конструктивно подразделяются, в первую очередь, по характеру работы, (принципу реализации поступательных перемещений), на три группы: качения, скольжения и деформирующиеся.
В частях качения подвижность вдоль моста обеспечивается катком или катками, расположенными между пролетным строением и опорами. При использовании только одного катка (рис. 10.2, а) конструкция без дополнительных элементов допускает как перемещение в одном направлении, так и вращение вокруг одной оси. При достаточно большом диаметре катка его боковые части могут быть срезаны, и тогда каток превращается в валок (рис. 10.2, б).
Этим достигается экономия материала без ущерба для прочности элемента, т.к. лимитирующими в таких конструкциях являются напряжения по линии контакта катка или валка с опорными плитами.

В случае значительных вертикальных сил применяют несколько катков (валков), устанавливаемых в один ряд (рис. 10.2, в), что делает необходимым устройство цилиндрического или тангенциального шарнира, обеспечивающего поворот опорного сечения. Секторные опорные части (рис. 10.2, г) появились в результате усовершенствования валковых опорных частей и призваны уменьшить их высоту. Для этого сократили высоту валка при сохранении большого радиуса поверхности качения и ввели шарнир, обеспечивающий поворот опорного сечения.
Катковые, валковые и секторные опорные части изготавливают преимущественно из металла. Они имеют, как правило, сравнительно большую высоту, так как напряжения смятия в зонах контакта обратно пропорциональны радиусам поверхностей качения. Применение высококачественных сталей для катков или валков позволяет уменьшить их диаметр. Однако и при ном существенно уменьшить высоту опорной части не удается.
Снизить ее стало возможным в опорных частях скольжения, которые обеспечивают достаточно свободное и надежное опирание пролетных строений. К числу простейших и достаточно давно применяемых конструкций относятся плоские (рис. 10.3, а) и тангенциальные (рис. 10.3, б). Однако они работают с большим коэффициентом трения (до 0,4) и имеют ограниченную область применения по воспринимаемым нагрузкам и перемещениям.
В современных комбинированных опорных частях поступательные перемещения достигаются специальной плоской парой скольжения (рис. 10.3, в), где используют нержавеющую полированную сталь и антифрикционный материал, в частности, листовой фторопласт (политетрафторэтилен). Такое сочетание обеспечивает коэффициент трения от 0,01 до 0,12, который повышается при понижении температуры наружного воздуха и понижается при увеличении среднего давления на фторопласт.
Поверхности скольжения должны быть тщательно обработаны и надежно защищены от повреждений при транспортировке, монтаже и эксплуатации. Чтобы требуемый коэффициент трения сохранялся длительное время, при использовании фторопластовых листов в смазочные гнезда при изготовлении закладывают смазку, самопроизвольно поступающую на поверхности скольжения при перемещениях в процессе эксплуатации.

Поскольку опорные части скольжения должны обеспечивать и повороты опорных сечений, они имеют элементы вращения, в качестве которых применяют шарнирные опорные элементы: цилиндрические, тангенциальные, стаканные (рис. 10.3, г), деформирующиеся и шаровые сегменты (рис. 10.3, д).
Подвижные комбинированные опорные часть скольжения всех конструкций включают шарнирный опорный элемент 1, средний элемент 2, включающий антифрикционный слой и плиту скольжения 3 с анкерной плитой. В наиболее употребительных типах опорных частей скользящая пара, образуемая средним элементом и плитой скольжения, располагается в верхней части конструкции, что позволяет достаточно простыми средствами защитить пару скольжения от загрязнений.
К третьему конструктивному виду подвижных опираний относятся деформирующиеся части, в частности, резиновые опорные. В них поступательные перемещения реализуются за счет деформаций сдвига, а повороты — за счет неравномерного обжатия резиновых элементов. Для увеличения несущей способности, как правило, деформирующиеся части армируют листами нержавеющей стали. В стальных мостах больших пролетов резиновые опорные части обычно не применяют, но они могут использоваться как дополнительные прокладки для обеспечения двоякой подвижности опорных частей.

Подвижные опорные части металлических мостов

Катковые опорные части применяют в мостостроении, начиная с середины XIX в. Эти конструкции являются идеальными для создания относительно свободных перемещений в горизонтальном направлении. Металлический каток обеспечивает минимальное сопротивление трения, если поверхность качения свободна от грязи и ржавчины, а сопрягающиеся детали изготовлены точно.
Однако катковые опорные части очень чувствительны по сравнению с другими типами к изменению коэффициента трения. Обеспечение необходимого положения катков в плане требует применения дополнительных элементов, что приводит к их усложнению, увеличению расхода металла и стоимости изготовления. Эти конструкции чувствительны также к поперечному крену опор, появляющемуся достаточно часто в процессе эксплуатации, и к поворотам балок или ферм пролетного строения в поперечном направлении.
В однокатковых опорных частях в одном ярусе с помощью катка реализуются как горизонтальные перемещения, так и повороты опорного сечения. В результате для небольших нагрузок и перемещений могут быть получены сравнительно простые конструкции.
Стремление повысить нагрузки на однокатковые опорные части и при этом не увеличивать существенно диаметры катков привело к использованию высокопрочных сталей для них. При этом, исходя из характера передачи усилий, стали применяют только в зонах контакта, т.е. там, где действуют высокие местные напряжения, в виде высокопрочных вставок или наплавок. На рис. 10.7 приведена схема однокатковой опорной части из серии под нагрузку от 2000 до 30000 кН с перемещениями до ±250 мм. Эта серия включает четыре диаметра катков: 100, 150, 200 и 250 мм. Столь малые величины получены за счет применения на катки и плиты качения наплавок толщиной до 20 мм из стали 40X13 с временным сопротивлением на разрыв 110 кг/мм2. При этом в качестве основного металла использована сталь 09Г2С с временным сопротивлением 32,5 кг/мм2.

Однокатковые опорные части включают опорные плиты, каток и противоугонные устройства, состоящие из зубчатых венцов на катке и зубчатых реек на плитах. При использовании на широких мостах с расстоянием между опорными частями в поперечном направлении более 14 м они имеют под нижней плитой качения пару скольжения, состоящую из полированного листа нержавеющей стали с нижним стопорным листом и прокладного листа с фторопластовыми вкладышами. Пара обеспечивает горизонтальные перемещения в поперечном направлении.
Для снижения массы катков применяют срезанные катки или валки. На рис. 10.8 показана конструкция валковой подвижной опорной части под автодорожное пролетное строение длиной 83,2 м. Каток опорной части выполнен из стали 25Л и имеет в поперечном сечении двутавровую форму с ребрами жесткости.
Радиус цилиндрических поверхностей в срезанном катке делают обычно равным половине его высоты или несколько большим. С одной стороны, этим уменьшают напряжения смятия, с другой — повышают устойчивость положения катка, т.к. при его отклонении пролетное строение приподнимается и вертикальное давление вызывает момент, стремящийся вернуть каток в прежнее положение.

Секторные конструкции (рис. 10.9) применяют для уменьшения высоты опорных частей. В них нижнюю часть катка заменяют сектором из стального литья или сварным. Верхняя часть представляет собой подушку-балансир с тангенциальным или шарнирным опиранием. Чтобы обеспечить поперечную неподвижность, цилиндрический шарнир снабжается ребордами, а сектор — шпонкой с пазом. Против скольжения сектора по нижней подушке устраиваются противоугонные зубья, приваренные к нижней подушке и входящие в пазы, вырезанные в нижней части сектора.
При равных нагрузках секторные опорные части имеют меньшую высоту, чем однокатковые, но создают несколько большее сопротивление трения из-за большего радиуса и более плотного касания сектора с подушкой. Применяют секторные опорные части, как правило, в железнодорожных и автодорожных сооружениях с пролетами 20. 50 м.
Опорные части строений больших пролетов передают опорам большие давления, а подвижные конструкции должны обеспечивать одновременно и большие перемещения. Повышенные давления требуют значительных размеров подушек и, в первую очередь, нижних, передающих давление бетонной кладке опор.

При больших пролетах в качестве подвижных опорных частей применяют балансирные катковые конструкции (рис. 10.10). В них давление передается через верхний и нижний балансиры на катки и опорную плиту. По функциональному назначению в подвижных балансирных опорных частях можно выделить элементы вращения, балансиры, обеспечивающие поворот опорного сечения, и элементы горизонтальных перемещений — катки.
Чтобы уменьшить высоту опорных частей, как правило, в них применяют два или четыре катка, что обеспечивает более равномерное и определенное распределение нагрузки между катками, на нижний балансир и опорную плиту. В то же время применение нескольких катков усложняет противоугонные устройства. Катки соединяют между собой парными планками, допускающими их поворот, а два из них имеют зубчатые планки, входящие в пазы опорной плиты и нижнего балансира. Для предупреждения поперечных смещений и перекосов во всех катках устроены пазы, в которые входят гребни нижнего балансира и опорной плиты. С такой же целью между балансирами устроена шпонка.

В настоящее время рассмотренные типы опорных частей в отечественной практике применяют только в железнодорожном строительстве и при ремонте мостов, поскольку в автодорожных мостах они практически полностью вытеснены комбинированными скользящими опорными частями.
При новом строительстве автодорожных мостов преимущественно используют скользящие опорные части. Это объясняется их значительно меньшей металлоемкостью и стоимостью по сравнению со стальными опорными частями, а также тем, что они обеспечивают более надежное и свободное опирание различных по конструкции и форме пролетных строений.
Проблемой опорных частей скольжения является сохранение и смазка соприкасающихся поверхностей. Она решается в зависимости от конструкции опорной части, ее назначения и условий работы.
В подвижных скользящих опорных частях, как уже говорилось, функции поворота и перемещения разделены. Поэтому в них различают элементы вращения и скольжения. В наиболее широко применяемых типах опорных частей (тангенциальных, стаканных и с шаровым сегментом) элементы вращения унифицированы для неподвижных и подвижных частей.

На рис. 10.11 показаны три типа скользящих опорных частей с использованием листового фторопласта (политетрафторэтилена) в качестве антифрикционного материала. Элемент скольжения или скользящая пара в этом случае включает плиту скольжения с элементом скольжения из нержавеющей стали с полированной поверхностью. Плита скольжения опирается на средний опорный элемент, который в зависимости от типа конструкции представляет собой опорную подушку, верхний балансир, крышку стакана или шаровой сегмент. На верхней поверхности среднего опорного элемента уложен лист фторопласта, калиброванный по толщине обычно 5. 6 мм. Для фиксации лист утоплен на 2,5 мм в поверхность опорного элемента.
Во всех выпускаемых скользящих опорных частях с использованием листового фторопласта применяют смазку. Для этого в верхней поверхности листа сделаны сферические углубления, в которые ее укладывают при сборке опорных частей. Если смещается верхний лист скольжения, смазка затягивается в шов контакта между ним и антифрикционным листом. В опорных частях российского производства используют смазку ЦИАТИМ. Ее пополнение в процессе эксплуатации современных конструкций скользящих опорных частей не предусмотрено. Замена смазки возможна только после разгрузки опорных частей и их полной разборки.
Вместе с тем действующие нормы предусматривают не столь большой коэффициент трения, который должен учитываться при проектировании сооружения (от 0,01 до 0,12). Он увеличивается при понижении температуры и уменьшении давления. Исходя из этого, при выборе опорных частей считают, что среднее давление на фторопласт в опорных частях скольжения не должно быть менее 9,81 МПа при действии только постоянных нагрузок.
В качестве антифрикционного слоя могут быть использованы и другие материалы. Так, в опорных частях, разработанных ОАО «Трансмост», применяют ткань «Даклен-1» толщиной 0,3. 0,9 мм. С помощью эпоксидного клея ее наклеивают на верхнюю поверхность среднего опорного элемента и металлическими планками прижимают к его боковым кромкам. Этой же тканью оклеивается и нижний балансир (основание), по сферической поверхности которого перемещается шаровой сегмент, обеспечивая свободу поворота опорного сечения (см. рис. 10.11, в). Работает такая опорная часть без смазки.
Коэффициенты трения в паре скольжения «Даклен-1 + полированная нержавеющая сталь» при среднем давлении от 2 до 30 МПа и положительных температурах не превышают 0,015. При отрицательных температурах коэффициенты трения не превосходят граничные значения, предусмотренные нормами проектирования мостов.
По характеру работы на перемещения подвижные опорные части скольжения подразделяются на всесторонне подвижные и линейно подвижные, когда обеспечиваются горизонтальные перемещения в одном заданном направлении. Обычно такими направлениями являются движение вдоль или перпендикулярно к направлению температурной деформации (для мостов на прямых — это вдоль или поперек оси моста).
Конструктивно это решается устройством на плите скольжения направляющих силовых бортов с боковыми парами скольжения или направляющих планок на плитах скольжения по оси опорной части с соответствующими пазами в средних опорных элементах. В последнем случае на боковых поверхностях планки и паза также устраивают пары скольжения.
Размер плиты скольжения в направлении перемещения зависит от его величины. Вообще, он определяется как сумма диаметра (ширины) среднего опорного элемента с антифрикционным слоем, расчетных перемещений при укорочении и удлинении пролетного строения и запаса в 20 мм.

Подбор, расстановка и расчет опорных частей металлических мостов

Прежде всего опорные части подбирают, исходя из назначения пролетного строения, его статической схемы, величины опорных реакций и перемещений опорных сечений, конструкции материала опор и пролетного строения. Важное значение имеют также расположение моста и пролетного строения в плане и профиле.
В общем случае при вычислении расчетных перемещений Δp опорных частей учитывают перемещения от изменения температуры Δt, усадки и ползучести бетона Δσ, временной вертикальной нагрузки Δвр, сил торможения Δт подвижного состава:

Перемещения от Δt определяют от нормативных перепадов температуры конструкции, равных амплитуде колебания температуры воздуха ΔT = Tmax - Tmin. За Tmin принимают среднюю температуру наиболее холодной пятидневки в районе строительства в соответствии с требованиями СНиП 23-01—99 «Строительная климатология» с обеспеченностью 0,98 для стальных и сталежелезобетонных пролетных строений. В качестве Tmax принимают среднюю температуру воздуха самого жаркого месяца по СНиП, увеличенную на 5 °C для сталежелезобетонных и на 10 °C — для стальных пролетных строений. При вычислении температурных перемещений коэффициент надежности по нагрузке принимают равным 1,2.
Нормативное перемещение от воздействия усадки и ползучести бетона Δσ учитывают по СНиП 2.05.03—84, принимая коэффициент надежности по нагрузке равным 1,1.
Перемещения от временной нагрузки определяют при загружении одного или двух примыкающих к опоре пролетных строений. При этом ее положение сохраняют и при вычислении перемещений от тормозных сил Δт, действующих в одном направлении. Коэффициенты надежности к временным нагрузкам принимают по нормам.
Как правило, для железнодорожных мостов применяются металлические опорные части: плоские, тангенциальные, секторные или катковые. Поскольку ширина пролетных строений не превышает 10. 12 м, они снабжаются на одном конце неподвижными опорными частями, а на другом — подвижными в продольном направлении (рис. 10.12, а). При неразрезных пролетных строениях применяют аналогичную схему расстановки: на одной из центральных опор устанавливают две неподвижные опорные части, а на остальных — продольно-подвижные опорные части.

Выбирая расстановку опорных частей, необходимо иметь в виду, что в железнодорожных мостах при перемещениях, собирающихся с температурного пролета длиной более 100 м, рельсовый путь требует установки уравнительных приборов на подвижных концах пролетных строений. Поэтому нужно стремиться, с одной стороны, к уменьшению температурных пролетов рельсового пути, а с другой — к минимизации числа стыков пути, где требуются уравнительные приборы.
Городские и автодорожные мосты отличаются большим разнообразием ширины, плана и профиля. В первую очередь, это относится к эстакадам, путепроводам и транспортным развязкам, когда сложные по организации движения сооружения приходится вписывать в сравнительно ограниченное пространство. Становится необходимым располагать сооружения на кривых малых радиусов и с предельными величинами уклонов, использовать неразрезные пролетные строения большой или переменной ширины, применять нерегулярную разбивку сооружений на пролеты для сохранения сложных пересекаемых подземных и наземных инженерных коммуникаций и дорог. Эти обстоятельства определяют особенности подбора и расстановки опорных частей на городских и автодорожных мостах. Прежде всего, очень затруднено применение тангенциальных, секторных, валковых и катковых опорных частей. Естественно, прямые разрезные и неразрезные пролетные строения ограниченной ширины можно надежно и просто опирать и с помощью указанных металлических конструкций. К настоящему времени более экономичные опорные части скольжения с использованием синтетических материалов практически полностью заменили металлические в автодорожных мостах. Последние (тангенциальные, секторные, катковые) применяют, главным образом, при ремонте.
Действующими нормами допускается не принимать во внимание поперечные перемещения конструкции, если расстояние между опорными частями в одном сечении не превышает 15 м. Считается, что в этом случае возможные перемещения очень незначительны и не превысят неплотностей в швах опорных частей. В узких мостах опорные части располагают по аналогии с железнодорожными мостами: в одном сечении две неподвижные, в остальных — продольно подвижные (см. рис. 10.12, и).
При расстоянии более 15 м между центрами опорных частей, расположенных на одной опоре, необходимо учитывать температурные деформации пролетного строения поперек моста. В связи с этим опорные части устраивают по одной из схем, показанных на рис. 10.12, б, в.
На одной из опор может быть установлена шарнирно неподвижная опорная часть и опорная часть, обладающая подвижностью только в поперечном направлении (см. рис. 10.12, б). На другой устанавливают одну часть продольно подвижного типа, вторую обладающую продольной и поперечной подвижностью (двоякоподвижная). В связи со сложностью конструирования опорных частей последнего вида в качестве таковых применяют либо двухъярусные опорные части (с перемещениями поперек моста в нижнем ярусе и вдоль моста — в верхнем) или устанавливают продольно подвижные опорные части в диагональном направлении (см. рис. 10.12, в).
Такое решение обеспечивает равномерные перемещения конца пролета вдоль и поперек моста, но затрудняет перемещения, вызываемые неравномерным нагреванием конструкций солнечными лучами, а также их деформациями под временными нагрузками.
В широких неразрезных мостах опорные части располагают по полярно-лучевой схеме, учитывающей, главным образом, направление удлинений и укорочений под влиянием температуры, которые составляют большую часть суммарных перемещений (рис 10.12, г). При этом за полюс принимается неподвижная точка, которой может быть либо неподвижная опорная часть, если она одна в данном опорном сечении, либо середина между двумя неподвижными опорными частями. Больше двух неподвижных частей в сечении располагать не рекомендуется, т.к. установка их на одной поперечной оси вращения затруднительна. В результате одна из опорных частей может не включиться в работу на восприятие горизонтальных сил.
В кривых в плане сооружениях перемещения происходят в различных направлениях. Ho скользящие опорные части позволяют практически полностью решить возникающие при этом проблемы. При использовании той же полюсно-лучевой схемы за полюс принимается неподвижная опорная часть на устое. В остальных точках устанавливают всесторонне подвижные и линейно подвижные опорные части с направлением движения вдоль лучей и воспринимающие горизонтальные силы в поперечном направлении пролетного строения. Следует отметить, что при полюсно-лучевом опи-рании необходимо использовать деформационные швы, имеющие достаточную поперечную подвижность. Обязательным требованием является применение опорных частей, допускающих всесторонние повороты опорных сечений, поскольку широкие пролетные строения испытывают изгиб в поперечном направлении.
После выбора типа и конструкции опорных частей их проверяют и назначают размеры подферменных площадок, которые должны отвечать требованиям норм в зависимости от величины пролета и типа опорной части. Проверяют также расчетом на местные напряжения, соответствует ли прочность бетона давлению, которое передает опорная часть через нижнюю опорную плиту на подферменную площадку. Подферменные площадки армируют сварными сетками.
Опорные части рассчитывают поэлементно. При этом, как правило, пользуются формулами сопротивления материалов, несмотря на то, что элементы имеют сопоставимые размеры, и эти формулы достаточно условно отражают напряженное состояние элементов.
Как правило, расчет начинают с определения достаточности размеров в плане опорных плит (балансиров). Во всех типах опорных частей они зависят от наибольшего давления на кладку опоры. Проверка осуществляется расчетом на местное сжатие (смятие) с учетом п. 3.89, 3.90 СНиП 2.05.03—84 (при отсутствии косвенного армирования):

Для металлических пролетных строений размеры верхней подушки (балансира) определяют проверкой на смятие металла в опирании конца балки (фермы) на верхнюю подушку:

За поверхность смятия в балках принимается площадь опирания вертикальной стенки и опорных ребер жесткости. В фермах давление передается в основном фасонками опорных узлов.
В литых опорных частях (неподвижных, подвижных секторных, валковых или катковых) верхний балансир приближенно рассчитывают по схеме консоли, загруженной равномерно нагрузкой q = А/а от максимальной расчетной реакции опоры А, распределенной вдоль моста на длине а. Изгибающий момент в сечении балансира на расстоянии х от его края, определяется по формуле

Нижние балансиры также рассчитывают по схеме консоли, но загруженной сосредоточенными усилиями от давления катков.
При тангециальном опирании верхнего балансира на нижний производится проверка сопрягаемых плоскости и цилиндра на смятие по формуле Герца

При сопряжении балансиров посредством цилиндрического шарнира проводится его проверка по давлению на диаметральную плоскость:

Круглые катки применяют диаметром от 130 до 350 мм, а срезанные — до 400 мм. Ориентировочно диаметр катков может быть намечен по эмпирической формуле dк = l + 130 мм (l берут в метрах) и проверен по напряжениям, отнесенным к площади диаметрального сечения:

При устройстве срезанных катков их толщина должна быть не менее δ/2 + 50 мм, где δ — наибольшее перемещение подвижной опорной части.
Между осями катков принимают следующее расстояние:

В скользящих опорных частях внешнее вертикальное усилие передается между элементами по площадям, что принципиально меняет расчетные схемы металлических элементов. В данных конструкциях они являются прокладками, сжатыми распределенным давлением. Это позволяет назначать их толщины конструктивно или исходя из расчетов узлов прикрепления, например, направляющих силовых бортов и планок, бортов стаканообразных элементов и т.п.
В случае применения скользящих опорных частей также проверяют их размеры в плане по прочности материала антифрикционного слоя. Так, максимальное давление на листовой фторопласт-4 в опорной части не должно превышать 40 МПа от расчетной нагрузки, включающей собственный вес, предварительное напряжение, усадку, ползучесть, температуру, временную вертикальную нагрузку, торможение и ветер. При действии только собственного веса, предварительного напряжения, усадки, ползучести и температуры максимальное давление не должно превышать 30 МПа. Для круглых листов фторопласта указанные величины могут рассматриваться как средние, а краевые напряжения не должны превышать 40 МПа при расчетном загружении по второму случаю и 60 МПа — по первому случаю.
При подборе скользящих опорных частей с фторопластовым антифрикционным слоем следует учитывать, что минимальное среднее давление на него не должно быть менее 10 МПа. При меньшем давлении существенно повышается коэффициент трения даже при положительной температуре.
Для тканых антифрикционных материалов типа «Даклен» с основой из нитей СВМ, наклеенных на стальную поверхность, разрушающие сжимающие напряжения составляют 130. 150 МПа. Соответственно, в скользящих опорных частях с использованием таких материалов толщина слоя скольжения в плане не определяет размеры опорных частей, т.к. фактические напряжения по поверхности скольжения не превышают 30. 35 МПа по условиям ограничения давления на бетон подферменных площадок.

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.

Читайте также: