Поперечный разрез металлического моста

Обновлено: 13.05.2024

Металлические пешеходные мосты в большинстве случаев устраивают для переходов через реки и железнодорожные пути. Однако встречаются также и металлические переходные мосты через улицы.

По системе пешеходные мосты из металла чаще всего делают балочными; в отдельных случаях применяют арочные и висячие системы. Пешеходный проход обычно располагают поверху несущей конструкции; при недостаточной строительной высоте пешеходный проход делают в уровне низа несущей конструкции.

Главные несущие элементы чаще всего представляют собой металлические балки или арки сплошного сечения. Реже применяют сквозные формы. Схемы наиболее часто применяемых поперечных сечений металлических пешеходных мостов приведены на рис.43. Самая простая конструкция состоит из нескольких главных балок двутаврового сечения, расположенных на расстоянии 1,5 -2,0 м друг от друга и поддерживающих настил пешеходного прохода. В совре-менных пешеходных мостах этот настил, как правило, делают в виде железобетонных плит, покрытых слоем асфальта. Для переходов через железнодорожные пути часто устраивают простейший деревянный настил. В зарубежной практике применяют также металлический листовой настил.

Рис.43. Виды поперечных сечений металлических пешеходных мостов

Рис.44. Пешеходный мост с одной главной фермой

При больших пролетах несущую конструкцию металлических пешеходных мостов выгоднее устраивать в виде двух главных балок, поддерживающих поперечные балки, по которым укладывают настил (рис.43).

Пешеходные мосты, в которых пешеходный проход располагают по низу конструкции, могут иметь в поперечном сечении две или одну главные фермы. При двух главных фермах весь пешеходный проход обычно располагают между этими фермами. В этом случае настил поддерживается поперечными балками или системой поперечных и продольных балок.

При одной главной ферме пешеходные проходы располагают по обе стороны от нее (рис.43), так что встречные потоки пешеходов разделяются, а ферма не мешает открытому виду с моста (рис.44).

Конструкция пешеходных мостов с балками сплошного сечения аналогична рассмотренным ранее конструкциям мостов под автодвижение и отличается только меньшими размерами сечений элементов.

Пролетные строения балочных пешеходных мостов делают разрезными или неразрезными; сравнительно небольшие давления, передаваемые опорами пешеходных мостов, облегчают применение неразрезных систем.

В балочных мостах с решетчатыми фермами при небольших пролетах (до 15…20 м) главные фермы могут быть использованы как перила. При пролетах более 20 м пешеходные проходы обычно устраивают по низу конструкции, а пролетное строение делают открытым или закрытым с верхними связями (рис. 45, б). Решетку главных ферм принимают треугольной системы. При пересечении большихрек или оврагов металлические пешеходные мосты снабжают промежуточными опорами. На рис.45, в приведена схема пешеходного моста из дюралюминия через горную лощину в Женеве, имеющего своеобразные наклонные треугольные промежуточные опоры.

Рис.45. Схемы пешеходных мостов со сквозными фермами.

Хорошее решение представляет собой конструкция в виде гибкой арки с жесткой затяжкой. Пример городского пешеходного моста этой системы приведен на рис.46. Мост пересекает канал при расчетном пролете 62 м (рис.46, а). Пролетное строение имеет гибкую арку, размещенную по оси моста, и жесткую затяжку, образованную из двух балок, раздвинутых на ширину 3,15 м (рис.46, б).

Рис.46. Конструкции металлических пешеходных мостов

Стрела подъема арки составляет 6 м. Ширина пешеходных проходов для каждого направления движения - 1,6 м.

Выбор конструкции с расположением пешеходных проходов по низу был вызван невозможностью поднять отметки подходов к мосту. Арка имеет коробчатое сечение высотой 30 см, жесткие затяжки - высоту 72 см. Верхний поясной лист жестких затяжек, толщиной 8 мм проходит на всю ширину моста и служит одновременно настилом для пешеходных проходов. Для увеличения жесткости этого настила к нему снизу приварены продольные уголки. Покрытие пешеходных проходов имеет двускатный поперечный профиль: вдоль перил сделаны водоотводные желоба (рис.46, в). В плоскостях подвесок имеются поперечные связи; на опорах - сплошные поперечные балки. Распор арки передается балкам жесткой затяжки через стальной лист настила, который в пределах первой панели соответственно усилен.

Рис.47. Общий вид арочного пешеходного моста с входами в виде пандусов.

Интересный пример металлического арочного пешеходного моста шириной (между перилами) 8 м с входами на него в виде пандусов приведен на рис.46. Конструкция моста решена как двухшарнирная арка с затяжкой. Мост имеет в поперечном сечении две арки двутаврового сечения, выполненные из алюминия. Пролет арок - около 55 м; расстояние между арками в поперечном направлении - 5,33 м. На арки с шагом 1,3 м опираются поперечные балки, несущие решетчатый металлический настил, заполненный деревянными плитками; поверх настила уложено резиновое покрытие толщиной 6 см. Большая пологость арок и значительный распор, передаваемый ими устоям, потребовали устройства парной затяжки. Затяжки проходят в грунте и выполнены в виде предварительно напряженных железобетонных стержней, арматура которых заанкерена в бетоне.

Схемы ферм и поперечные сечения их элементов

Первоначально сквозные фермы устраивались многорешетчатыми по типу деревянных ферм Тауна. Первый мост с такими фермами был сооружен в 1845 г. через Королевский канал на железной дороге Дублин — Дрогеда в Ирландии с пролетом 42,7 м. Плоские раскосы ферм, изготовленные из листового железа, могли работать только на растяжение, и при воздействии незначительных сжимающих усилий выключались из работы. Многорешетчатые фермы с элементами плоского сечения были использованы и в ряде других европейских мостов, в числе которых был один из крупнейших для того времени железнодорожный мост через р. Вислу в Диршау (Германия) с пролетами по 130,9 м (1857 г.).

Существенные улучшения в конструкцию этих ферм были внесены выдающимся русским инженером С. В. Кербедзом при разработке проекта двухпутного железнодорожного моста через р. Лугу на б. Петербурго—Варшавской железной дороге (рис. 114). Мост был построен в 1857 г., имел два пролета по 55,3 м, перекрытых неразрезными пролетными строениями с ездой поверху. Под каждый путь в поперечном сечении было установлено отдельное пролетное строение, состоящее из двух главных ферм с расстоянием между ними 2,25 м.

Для повышения поперечной устойчивости оба пролетные строения над опорами соединялись общими поперечными связями. При назначении сечений элементов этого моста С. В. Кербедз впервые в практике мостостроения учел явление продольного изгиба. Пояса ферм, сжатые и сжато-растянутые раскосы приняты жесткого сечения, сформированного из листов и уголков и лишь растянутые раскосы сохранены плоскими (рис. 115). Верхний пояс имел П-образную форму, нижний — такую же, но повернутую на 180°.

Развитие сечений поясов по мере роста в них усилий производилось за счет увеличения толщины вертикальных листов и числа горизонтальных листов (до двух) с одновременным их утолщением.

Сжатые и сжато-растянутые раскосы состояли из двух ветвей; каждая ветвь включала вертикальный лист и прикрепленный к нему уголок. Обе ветви соединялись между собой решеткой из планок, наложенных на полки уголков. В результате создавалось жесткое сечение, способное воспринимать сжимающие усилия.

В 1884 г. Н. А. Белелюбским были разработаны первые типовые проекты пролетных строений для пролетов в свету от 53,5 м до 106,68 м с интервалом 10,67 м. Схема ферм в этих проектах была принята двухраскосной, величина панели не превышала 5,182 м (рис. 116).

Для пролетов в свету 85,34 м и более фермы были приняты с полигональным очертанием верхних поясов, при котором высота ферм к середине пролета увеличивалась в соответствии с изменением изгибающего момента.

Целесообразность криволинейного очертания поясов усматривалась из балки равного сопротивления, известной еще во времена Галилея (1564—1642 гг.). Впервые криволинейное очертание поясов применил Брюнель в фермах пролетом 57,25 м на мосту через р. Темзу у Виндзора в 1849 г.

В фермах Н. А. Беле-любского сечения поясов верхних (рис. 117, а) и нижних (рис. 117, б) были двухстенчатыми П-образными (рис. 117), их развитие происходило за счет увеличения числа горизонтальных листов.

Эти типы сечения поясов ферм и способ их развития применяются в металлических пролетных строениях почти 50 лет. Сечения растянутых раскосов (рис. 117, в) состояли из двух ветвей вертикальных листов, сжато-растянутых раскосов (рис. 117, г), сжатых раскосов (рис. 117, д) и стоек (рис. 117, е) из уголков и вертикальных листов или из уголков. Здесь Н. А. Белелюбский следовал принципам создания жестких сечений, принятым С. В. Кербедзом в Лужском мосту.

Развитие теории расчета сооружений, успехи металлургической промышленности, расширившей сортамент проката, и оснащение заводов оборудованием, позволившим изготавливать элементы пролетных строений с большими сечениями, создали условия для дальнейшего упрощения системы решетки ферм и увеличения размеров панелей.

Дальнейшим усовершенствованием явилось применение треугольных решеток (рис. 118, а). Эта решетка имеет наименьшее количество элементов и узлов. Усилия, которые передаются от середины пролета к опорам, идут по кратчайшему пути, с каждым раскосом приближаясь к опорам, в то время когда при наличии в решетке вертикальных элементов они передаются снизу вверх (или сверху вниз), не приближаясь к опорам. В отличие от раскосной решетки, где все раскосы могут быть нисходящими и работать только на растяжение, в треугольной решетке часть раскосов (восходящие) работает на сжатие, но в связи с отсутствием стоек решетка в целом оказывается легче раскосной.

Недостатком треугольной решетки по сравнению с раскосной является увеличение панели фермы в 2 раза, что существенно повышает вес проезжей части.

В автодорожных мостах, где временная нагрузка значительно меньше, а расстояние между осями ферм больше, чем в железнодорожных мостах, треугольная решетка в ряде случаев оказывается целесообразной.

В железнодорожных мостах, как правило, приходится принимать меры к уменьшению панели проезжей части. Это достигается установкой дополнительных вертикальных элементов-стоек и подвесок (рис. 118, 6). При этом длина панели проезжей части сокращается вдвое.

Работа стоек и подвесок в треугольной решетке принципиально отличается от работы вертикальных элементов в решетках раскосной системы. В фермах с треугольными решетками стойки при езде понизу (рис. 118, в) , и подвески при езде поверху (рис. 118, г) оказываются нулевыми и их можно исключить. Однако стойки при езде понизу, как правило, сохраняются, так как они сокращают свободную длину элементов верхних сжатых поясов ферм.

Вертикальные элементы в решетках раскосной (рис. 119, а) системы являются основными элементами фермы и работают при загружении любого участка ферм (см. линии влияния на рис. 119).

Стойки и подвески в треугольных решетках являются дополнительными элементами, они работают только на местную нагрузку в пределах одной-двух панелей (рис. 119, б).

Установка стоек и подвесок вызывает дополнительный расход металла, но в целом оказывается целесообразной. Даже с дополнительными стойками и подвесками вес пролетных строений с треугольными решетками обычно несколько меньше, чем с раскосными.

Выяснение этого положения способствовало распространению ферм с треугольной решеткой и дополнительными стойками и подвесками.

Уменьшение длины панели в фермах с треугольной решеткой можно осуществить без дополнительных вертикальных элементов, а сгущением решетки путем совмещения двух треугольных решеток (рис. 120, а) получим так называемую двухрешетчатую систему.

При этом размер панели проезжей части получается таким же, как и при треугольных фермах с дополнительными стойками и подвесками, но усилия в раскосах и их свободная длина оказываются в 2 раза меньшими. Теоретически можно было предполагать, что такие решетки будут легче, чем треугольные со стойками и подвесками. Однако практически снижения веса не достигается. Из-за отсутствия вертикальных элементов усложняется прикрепление поперечных балок и поперечных связей. Недостатком является также большое количество узлов, затрудняющее изготовление и сборку.

Введение в состав двухрешетчатой фермы вертикальных стержней (рис. 120,6) облегчает задачу прикрепления поперечных балок и связей. В таком виде решетка стала называться крестовой и также была использована в пролетных строениях, не получив широкого распространения.

Если вертикальные элементы поставить со сдвижкой их на половину панели (рис. 120, в), появляется возможность сокращения панели проезжей части в 2 раза при прикреплении поперечных балок во всех узлах. В таком виде эти фермы нашли широкое применение для перекрытия больших пролетов после Великой Отечественной войны.

Двухрешетчатую ферму можно видоизменить таким образом, что рисунок ее станет ромбическим, при этом она становится не только статически определимой, но даже геометрически изменяемой (рис. 120, г); в этом случае в ней не хватает одного стержня. Для создания неизменяемости в середине фермы обычно добавляется один вертикальный или горизонтальный стержень (рис. 120, 6), хотя особой необходимости в этом нет, так как неизменяемость фермы достигается за счет жесткости узлов. Эта система не имеет каких-либо технических или производственных достоинств по сравнению с двухрешетчатой, но рисунок ее считается более спокойным и законченным.

Фермы с ромбической решеткой были применены для ряда городских мостов в Западной Европе (рис. 121).

Улучшение условий прикрепления поперечных балок в фермах с ромбической решеткой может быть достигнуто установкой подвесок в средних узлах (см. рис. 120, е).

В таком виде решетка была предложена проф. Г. П. Передернем.

В очень высоких фермах с целью сокращения панелей при сохранении выгодного угла наклона раскосов в отдельных случаях применялась полураскосная система решетки (рис. 120, ж). Недостатком ее является, увеличение количества стержней и узлов. Полураскосная решетка в настоящее время находит применение только в связях.

В большепролетных фермах с треугольной решеткой с целью сокращения размера панели проезжей части применяются не только дополнительные стойки и подвески, но и шпренгели. В современных пролетных строениях чаще ставят нижние шпренгели (рис. 120, з), так как учитывают, что наличие шпренгелей приводит к увеличению усилий в тех поясах ферм, в уровне которых они поставлены. Развивать же сечения нижних растянутых поясов проще, чем верхних сжатых. Кроме того, пролетное строение с нижними шпренгелями оказывается более устойчивым под воздействием поперечного давления ветра, так как плотность решетки ферм увеличена в нижней части, а не в верхней.

Виды металлических пролетных строений со сплошными главными балками, области применения

По статической схеме пролетные строения со сплошными балками могут быть:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Стальные мосты

Рис. 1. Стальной путепровод с ездой понизу, пролетами 10,2 + 31,1 + 10,2 м
Современные стальные железнодорожные мосты могут быть разделены на следующие шесть групп: балочные со сплошными стенками (рис. 1), балочные со сквозными фермами (рис. 2), виадуки, консольные мосты, висячие мосты, разводные мосты.

Материал для стальных мостов.

Легированные стали, наиболее часто применяемые для строительных работ, содержат небольшие примеси кремния и никеля. Добавление этих элементов, повышающих предел прочности и предел упругости стали, дает возможность использовать при проектировании повышенные допускаемые напряжения, что приводит к соответствующему уменьшению постоянной нагрузки. Цена легированных сталей и стоимость их обработки несколько выше, чем обычных углеродистых сталей; их применение оказывается выгодным лишь при больших пролетах, когда собственный вес составляет значительную часть общей величины нагрузки. Но и в этих случаях для проезжей части, связей, элементов решетки и др. обычно применяют углеродистую сталь.
Удовлетворительных заклепок из легированных сталей пока нет. При проектировании заклепочных соединений следует исходить из низших напряжений по срезу и смятию для углеродистой стали.
Иногда специальные стали приходится применять независимо от экономических соображений. Это имеет место при многопутных пролетных строениях со сквозными главными фермами большого пролета, когда из углеродистой стали подобрать сечения потребной величины невозможно.
Следует напомнить, что величины прогиба и деформаций возрастают пропорционально росту допускаемых напряжений. Часто это не имеет значения, но в клепаных пролетных строениях со сквозными фермами увеличение прогибов может привести к возрастанию дополнительных напряжений, если в проекте не предусмотрены специальные меры к тому, чтобы, по возможности, устранить причины появления таких напряжений.
Современные исследования показывают что в высокопрочных сталях предел выносливости наступает после очень большого количества циклов перемен нагрузки или в результате значительной разницы в величине максимальных напряжений цикла. Подвергнуться достаточному для появления усталости количеству загружений в течение срока своей службы может сравнительно малое количество элементов пролетных строений.
Единственное исключение представляют собой подвески, для которых циклом загружения является проход каждого вагона в каждом поезде.
В определенных частях конструкций, подверженных особенно суровому воздействию корродирующих факторов, применяют такие материалы, как сварочное железо и медистая сталь.
Алюминий также применяется в железнодорожном мостостроении. На одной из железных дорог установлено пролетное строение со сплошными главными балками, изготовленное из алюминиевого сплава. Длина этого пролетного строения, запроектированного под расчетную нагрузку Е60, составляет 30,5 м.

Балочные сплошные пролетные строения.

Главные балки этих пролетных строений могут быть или осуществлены из прокатных двутавров или иметь составное сечение.
В пролетных строениях из прокатных двутавров последние должны быть расположены на таком взаимном расстоянии, которое облегчает окраску. Можно рекомендовать расстояние около 20 см между краями поясных полок.

Рис. 2. Замена пролетных строений новыми (слева)

Рис. 3. Четырехпролетный косой мост со сплошными пролетными строениями с ездой понизу, пролетами по 42 м, высотой балок 3,3 м
Если применяют широкополочные тяжелые двутавры, то с учетом необходимости соблюдения определенного расстояния между полками число балок под один путь при езде поверху ограничивают четырьмя. Большее количество балок с более узкими полками можно применять при меньших пролетах.
Во всех случаях половину всех балок следует располагать симметрично относительно поддерживаемого ими рельса и соединять их диафрагмами, а в случае необходимости, особенно на кривых, — продольными связями.

Рис. 4. Металлическое двухпутное балочное пролетное строение с ездой понизу:
а— фасад; б — элементы; в— разрез; 1 — стенка; 2— верхний поясной уголок:, 3 — нижний поясной уголок: 8— стыковые накладки; опорная рама поперечных связей; 24 — диагонали продольных связей:25— фасонка продольных связей; 28 — главные балки; 29 — поперечные балки; 30 — промежуточные продольные балки; 31 — концевые продольные балки; 32 — консоль поперечной балки; 33— опора продольной балки; 34 — конец распорки; 35 — уголок прикрепления; 36 — столик

В обычных условиях для пролетов от 15,2 до 38 м наиболее желательны пролетные строения со сплошными главными балками составного сечения. Иногда их применяют для значительно больших пролетов (рис. 3).
Балочные пролетные строения бывают с ездой понизу и поверху, причем в первом случае путь проходит между балками (рис. 4), а во втором — покоится на верхних поясах.
Конструкция с ездой поверху не ограничивает габарита проезда и с точки зрения железной дороги более желательна.
Проезжую часть балочных сплошных пролетных строений с ездой понизу прикрепляют к главным балкам. Если строительная высота ограничена, то проезжая часть может быть составлена лишь из одних прикрепленных к главным балкам поперечных балок.
Такая конструкция является обычной для мостов с ездой на балласте. При необходимости получения минимальной строительной высоты иногда рельсы прикрепляют непосредственно к поперечным балкам.
В двухпутных пролетных строениях, имеющих две главные балки, где требуется большая высота поперечных балок, можно следующим образом осуществить целесообразную и экономичную конструкцию проезжей части.
Поперечные балки располагают на взаимном расстоянии, которое позволяет уложить между ними мостовые брусья. Под каждым путем устраивают две линии диафрагм, работающих как короткие продольные балки. Верхние полки диафрагм располагают на такой высоте, чтобы под подошвами рельсов над поперечными балками оставался зазор около 25 мм.
Для прикрепления рельсов к поперечинам могут служить стандартные скрепления; для токов, протекающих в рельсовых цепях, нет необходимости прибегать к особым мерам изоляции.
В пролетных строениях с ездой понизу применяют также балочную клетку, состоящую из продольных балок, прикрепленных к поперечным, которые в свою очередь присоединены к главным фермам. Такая система проезжей части обладает большей строительной высотой.
Обычно продольные или поперечные балки, либо те и другие, осуществляют из прокатных двутавров.

Пролетные строения со сквозными фермами.

Ниже дается краткое описание главных типов сквозных ферм (рис. 5), применяемых в мостостроении.
Ферма Гау (рис. 6) является самым ранним типом сквозной фермы; она запатентована в США в 1840 г. В этой конструкции диагональные элементы решетки (раскосы) сжаты, а вертикальные растянуты. Пояса и раскосы делаются из дерева, а вертикальные элементы представляют собой металлические тяжи.
Ферма Пратта (рис. 7) впервые введена в 1844 г. как видоизменение фермы Гау. В фермах этого типа вертикальные элементы решетки растянуты, а диагональные сжаты. Первоначально предполагалось осуществлять сжатые элементы из дерева, но лишь немногие сооружения были построены таким образом. После 1850 г. этот тип вошел во всеобщее употребление в виде цельнометаллической фермы, причем сначала для сжатых элементов применяли чугун, а впоследствии всю ферму стали делать из сварочного железа. Соединение элементов в узлах обычно осуществлялось на болтах-шарнирах.

Рис. 5. Двухпутный, трехпролетный мост со сквозными пролетными строениями пролетами по 4 7,1 м.
Высота главных ферм—10,05 и 11,3 м; расстояние между осями
ферм — 10,05 м

Рис. 7. Схема фермы Пратта
Ферма Уиппла (с двухраскосной решеткой) (рис. 8) впервые была введена в 1847 г. Фермы этого типа, осуществленные из сварочного железа, широко применялись для пролетов большей длины, чем фермы Пратта.
В фермах Варрена (с треугольной решеткой) (рис. 9 и 10) наклонные элементы попеременно испытывают растяжение и сжатие. Эта система никогда не находила широкого применения для мостов с шарнирными соединениями в узлах вследствие износа болтов-шарниров, вызываемого действием знакопеременных усилий.
С усовершенствованием методов клепки эта система ферм с дополнительными стойками и подвесками (рис. 12), с клепаными соединениями в узлах пришла на смену фермам Пратта для средних пролетов. Для ферм больших пролетов часто применяется эта система с дополнительными шпренгелями.
Пенсильванская ферма (рис. 11), представляющая собой развитие фермы Пратта, имеет один криволинейный пояс и раскосную решетку с дополнительными шпренгелями. Эту систему применяют для больших пролетов, где фермы Пратта или Варрена не могут дать экономичных решений. В узлах обычно применялись шарнирно-болтовые соединения, но в некоторых случаях условия работы заставляли широко применять заклепочные соединения.
Конструкция ферм. Задачи, которые ставятся при проектировании пролетных строений, заключаются в требованиях простоты конструкции и экономии в материалах в совокупности с достаточной сопротивляемостью силам, которым будет подвергаться сооружение. Действующие технические условия обычно распространяются на фермы пролетами не более 122 м.

Рис. 6. Схема фермы Гау.

Рис. 8. Схема фермы Уиппла

Рис. 9. Схема фермы Варрена Рис. 10. Схема фермы Варрена

Рис. 11. Схема пенсильванской фермы
Примечание. Жирными линиями показаны сжатые элементы, тонкими — растянутые, пунктиром — обратиые раскосы.
Пролеты большей длины представляют собой исключение, и каждый такой случай вследствие своей важности заслуживает индивидуального изучения.
Узлы ферм осуществляются на болтах-шарнирах или на заклепках. Прежде, как правило, применяли шарнирные соединения, но в настоящее время заклепкам отдается предпочтение.
Схемы и наименование элементов пролетных строений приведены на рис.
Все металлические пролетные строения подвергаются продольным деформациям за счет изменения температуры и воздействия подвижной нагрузки. Для обеспечения свободы деформаций под одним из концов пролетного строения устраивают подвижные опорные части. При большой длине пролетов устраивают катковые опорные части, для более коротких пролетов эти опорные части заменяют одиночными катками. В малых пролетных строениях устраивают опорные части скользящего типа.

Рис. 12. Реконструированный мост через р. Огайо.

Рис. 13. Элементы пролетного строения со сквозными фермами
с ездой понизу:
1 — опjрный раскос; 2 — верхний пояс; 3 — нижний пояс; 4 — подвеска; 5— стойка; 6 — раскос; 7— обратный раскос; 8 — портал; 9 — кронштейн портала; 10 — распорка верхних связей; 11 — диагонали верхних связей; 12 — концевая распорка; 13 — концевая поперечная рама; 14 — опорная поперечная балка; /5 — промежуточная поперечная балка; 16 — концевая продольная балка: 17—промежуточная продольная балка; 18 — консоли продольных балок; 19 — диагонали нижних связей; 20— связи продольных балок; 21 — подвижные опорные части; 22—неподвижные опорные части.
Примечание. В пролетных строениях со сквозными главными фермами при езде поверху элементы аналогичны указанным здесь. Названия отдельных деталей см. на рис.

Рис. 14. Элементы пролетного строения со сквозными фермами с шарнирными узлами:

— верхний пояс; 3 — нижний пояс; 5 —стойка; 6 — раскос; 7—обратный раскос; 10 — распорка верхних связей; 15 — поперечная балка; 23 — вертикальная накладка; 24 — лист шарнира; 25 — прокладка; 26 — шарнир; 27 — гайка шарнира; 28 — уплотняющее кольцо; 29 — ниппель; 30 — затяжная муфта; 32 — фасонка верхних связей; 33 — фасонка нижних связей; 34 — горизонтальный лист; 35 -уголки пояса; 36 — вертикальный лист; 37 — соединительная решетка; 38 — диафрагма; 39 — стыковая накладка; 40 — концевая соединительная планка; 41 — стержень с проушиной; 42 — стержень с петлей; 46— подкос поперечной рамы

Рис. 15. Элементы клепаного пролетного строения со сквозным фермами с ездой понизу:

1 — верхний пояс; 3 — нижний пояс; 4 — подвеска; 5 —стойка6 —раскос; 10 — распорка верхних связей; 15— поперечная балка’ 17 — продольная балка; 38 —диафрагма; 40 — концевые соединительные планки; 43 — уголок-столик; 44— фасонка; 45—консоль поперечной балки; 46— подкос поперечной рамы; 47 — уголок прикрепления.
Примечание. Расположение элементов 1 — 17 см. на рис. 13 и 14.
Учитывая, что проход поездной нагрузки приводит к некоторому прогибу пролетных строений, рекомендуется придавать им строительный подъем в виде выпуклой кверху кривой. Иногда этого достигают некоторым увеличением длины элементов верхнего пояса. Чаще же изменяют длину всех элементов фермы в соответствии с проведенными расчетами.

Виадуки.

Виадуками пользуются для проведения железнодорожной линии или автодороги над долиной, ущельем и др. Подобные сооружения обычно состоят из ряда пролетных строений, балочных или арочных, опирающихся на металлические башенные опоры (рис. 16).
Стальные железнодорожные виадуки отличаются большой высотой и обычно имеют значительную длину. Они состоят из ряда пролетных строений, обычно со сплошными главными балками с ездой поверху, покоящихся на металлических башенных опорах.
Величина пролетов в виадуке обычно чередуется. Короткие надбашенные пролетные строения обычно имеют длину от 9,1 до 15,2 м, а длинные промежуточные — от 18 до 30,5 м.
Иногда вместо башенной опоры рядом с устоем ставят рамную опору, на которой покоятся концы двух соседних длинных пролетных строений.
Величина пролета зависит от высоты всего сооружения и общей его длины, а также от величины расчетной нагрузки. Критерием для выбора пролета являются баланс стоимостей опор и пролетных строений, обеспеченность устойчивости сооружения в продольном и поперечном направлениях.
Обычно наибольшие величины пролетов применяются при наибольших высотах виадуков.

Рис. 16. Стальной виадук длиной 457,2 м, высотой 39,6 м над
уровнем реки

Рис. 17. Схема пролетного строения с ездой поверху со сквозными главными фермами, с шарнирными узлами

Рис. 18. Схема клепаного открытого пролетного строения с ездой понизу

В тех случаях, когда железнодорожная линия пересекает долину с протекающей по ней рекой или когда этого требуют другие местные условия, в состав виадука включают одно или несколько длинных пролетных строений со сквозными фермами.

Консольные мосты.

Консольным называется мост, имеющий выступающие за опоры части пролетных строений (консоли). Сооружения этого рода обычно состоят из двух консолей в пролете, перекрывающем главное русло, и двух анкерных пролетов, при посредстве которых реакции передаются опорам. Между концами консолей устраивают подвесной пролет.
Консольные конструкции целесообразны для перекрытия больших пролетов над судоходными широкими реками и другими водными путями, если их устройство допускается условиями подмостового габарита.
Применение промежуточных двухконсольных пролетов позволяет перекрывать исключительно широкие водные преграды. Эта конструкция обладает еще и тем преимуществом, что консольные и подвесные пролеты не требуют подмостей для своего сооружения и могут быть собраны навесным способом. Средний пролет подвешивается между двумя консолями посредством шарнирного соединения, передающего в законченном сооружении лишь поперечные силы. Закрепление анкерного пролета играет весьма важную роль в обеспечении устойчивости сооружения и требует соответствующего внимания со стороны проектировщика.
Висячие мосты. Висячим называется мост, проезжая часть которого поддерживается кабелями, протянутыми между пилонами и надежно закрепленными для обеспечения устойчивости всего сооружения в целом.
Главные несущие кабели можно изготовлять из стальных проволок или собирать из тяг с проушинами. Американские проектировщики, по-видимому, предпочитают первый способ.
Для равномерного распределения нагрузки вдоль кабелей к ним при помощи параллельных подвесок присоединяются фермы жесткости. Они целиком или частично располагаются ниже кабелей и обеспечивают сохранение последними параболической формы при любых условиях загружения.
В качестве средства для перекрытия больших отверстий висячий мост предшествовал консольному типу. Консольные мосты в значительной мере заменили в железнодорожном строительстве висячие мосты вследствие своей большей жесткости и устойчивости.
Висячие мосты наиболее удобны и экономичны в качестве автодорожных или пешеходных мостов, перекрывающих большие отверстия.

Для закрепления кабеля, как и для заанкеривания консольных мостов, обычно устраивается ростверк из двутавровых балок, заделанный в каменной или бетонной кладке, которая глубоко закладывается в грунт.

Подрывание металлических мостов. Расчет зарядов для подрывания опор и пролетного строения. Составление, расположение, крепление зарядов

Разрушение металлических мостов с пролетами менее 10,0 м производится подрыванием опор без перебивания пролетных строений. Опоры таких мостов подрываются по всей ширине в одном уровне, как можно ближе к их основанию, с тем чтобы взрывами были разрушены не только надземные части опор, но и фундаменты. При расположении опор моста в воде сечения их подрыва необходимо выбирать по возможности ниже поверхности воды или как можно ближе к ней.

Подрывание металлического моста с пролетом менее

1-1 — сечения подрыва.

Металлические мосты с пролетами от 10,0 до 25,0 м разрушаются путем подрывания опор и пролетных строений с обрушением по оси моста. Опоры, как и в предыдущем случае, подрываются по всей их ширине в одном уровне. Подрывание пролетных строений производится перебиванием основных элементов их конструкций в одном или в двух сечениях подрыва.

Количество сечений подрыва в том или ином пролете определяется в зависимости от отношения его длины к высоте опор: если длина пролета меньше утроенной высоты опор, то достаточно одного сечения подрыва пролетного строения примерно посередине; если же длина пролета превышает высоту опор втрое или больше, то пролетное строение, как правило, подрывается в двух сечениях, располагаемых примерно в третях пролета.

Подрывание металлических мостов с пролетами от 10,0 до 25 м:

а — мост на высоких опорах; б— мост на низких опорах;

в—поперечный разрез пролетного строения;

1—1 — сечения подрыва пролетного строения; 2—2— сечения подрыва опор;

3— заряды на верхних поясах ферм; 4 — заряды на раскосах;

5 — заряды на нижних поясах ферм; 6 — заряды на продольных балках

При выборе количества и расположения сечений подрыва в пролетных строениях с неразрезными главными фермами, кроме того, необходимо обеспечивать образование неравноплечих консолей, обусловливающих опрокидывание частей подорванного моста под действием их собственного веса.

Металлические мосты с пролетами более 25,0 м целесообразно разрушать подрыванием опор по косым сечениям с одновременным перебиванием верхних или нижних поясов главных ферм. В целях обеспечения лучших условий скручивания ферм предпочтительней подрывать верхние пояса, хотя это и не всегда удобно по условиям выполнения работ.

Подрывание металлического моста разрезной конструкции с пролетами более 25,0м:

а- вид сбоку; б-план опор; 1- заряды в опорах; 2-заряды на поясах ферм.

Сечения подрыва смежных опор моста должны располагаться с наклоном в противоположные (в верховую и низовую) стороны. При таком подрывании опор пролетные строения, ослабленные перебиванием поясов главных ферм, в процессе падения смещаются с оси моста, скручиваются, сминаются и в деформированном виде загромождают русло реки.

Подрывание большепролетного металлического моста с пролетными строениями неразрезной конструкции:

а — вид сбоку; б — план (после подрыва); 1 — заряды для подрывания концевых опор по косым сечениям; 2 — заряды для подрывания поясов ферм;

3—3 — сечения подрыва средних опор по всей ширине в одном уровне.

В особых случаях, когда по обстановке нет возможности подготовить мост к подрыванию с размещением зарядов на опорах и пролетных строениях, для его разрушения может быть применен один неконтактный сосредоточенный заряд, расположенный в вагоне (на платформе) или на автомобиле и вкатываемый на мост непосредственно перед взрывом.

Вес такого заряда определяется по формуле:

С = 30r 2 ,

где С—вес заряда в килограммах;

r — расстояние от центра заряда до разрушаемого пояса фермы в метрах.

При расчете неконтактного заряда для подрывания большепролетных мостов с ездой понизу подставляется расстояние от центра заряда до верхнего пояса фермы. Если этот пояс имеет ломаное очертание, то за расчетное расстояние принимается полная высота фермы в середине пролета.

Подрывание металлического моста с ездой понизу неконтактным сосредоточенным зарядом:

1 — заряд на платформе.

При расчете неконтактного заряда для подрывания мостов с ездой поверху в формулу подставляется расстояние от центра заряда до нижнего пояса фермы. Если заряд предназначается для укладки над опорой, то для обеспечения разрушения ее верхней части расчетное расстояние увеличивается еще на 2—3 м.

Подрывание металлического моста с ездой поверху неконтактным сосредоточенным зарядом:

1 — заряд на платформе

Промежуточные и береговые массивные опоры (быки и устои) металлических мостов подрываются сосредоточенными или удлиненными зарядами, вес которых определяется по формулам с увеличением на 30 процентов. Удлиненные заряды применяются в том случае, когда ширина опор превышает толщину более чем в два раза.

При подготовке мостов к разрушению в условиях недостатка времени и отсутствии заблаговременно выделанных зарядных устройств подрывание быков производится наружными зарядами, вплотную приложенными к поверхности кладки. Береговые устои мостов во всех случаях подрываются внутренними зарядами.

Количество зарядов, необходимых для подрывания каждой опоры, и их расположение внутри опор или на их поверхностях зависят от принятого способа подрывания и определяются в соответствии с указаниями ст. 230—233.

Для подрывания опор толщиной до 1,2 м могут применяться удлиненные кумулятивные заряды КЗУ, которые должны перекрывать опору по всей ширине.

Подрывание промежуточных мостовых опор (быков) по всей ширине в одном уровне:

а — сосредоточенными зарядами в рукавах; б — сосредоточенными зарядами в нишах;

в — удлиненным зарядом в борозде; 1— заряды.

При подрывании мостовых опор по косым сечениям с целью сбрасывания пролетных строений в стороны применяются сосредоточенные заряды, расчет и закладка которых производятся по ст. 239—241.

Основная особенность в данном случае состоит в том, что заряды по высоте опоры должны располагаться н а разных уровнях так, чтобы плоскость, проведенная через их центры, составляла с горизонтом угол не менее 45°, а один из краев опоры оставался бы необрушенным после взрыва.

Подрывание мостовой опоры по косому сечению с целью сбрасывания пролетного строения: а — расположение зарядов; б — подорванная опора; 1 — заряды;

Читайте также: