Содержание, реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб - Осипов В.О., Козьмин Ю.Г., Кирста А.А., Карапетов Є.С., Рузин Ю.Г.

Автор: Осипов В.О. Козьмин Ю.Г. Кирста А.А. Карапетов Є.С. Рузин Ю.Г.
Теги: строительство инженерных сооружений транспорт издательство транспорт реконструкция водопропускніе трубі искусственные сооружения
ISBN: 5-277-01457-8
Год: 1996
Похожие
Проектирование мостов и труб. Металлические мосты
Строительство мостов и труб. Справочник инженера
Ремонт и реконструкция гражданских зданий
Искусственные сооружения
Текст
                    СОДЕРЖАНИЕ,
РЕКОНСТРУКЦИЯ,
УСИЛЕНИЕ И РЕМОНТ
МОСТОВ И ТРУБ
УДК 624.21.059 (075.8)
Содержание, реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб /В. О. Осипов,
Ю. Г. Козьмин, А. А. Кирста, Э. С. Карапетов, Ю. Г. Рузин; Под ред. В. О. Осипова и
Ю. Г. Козьмина. - М.: Транспорт, 1996. - 471 с.
Изложены основные вопросы содержания, обследования, испытаний экс-
плуатируемых мостов и водопропускных труб, приведены расчеты их грузоподъем-
ности и надежности, рассмотрены способы их реконструкции и ремонта.
Книга предназначена для студентов вузов железнодорожного транспорта,
может быть полезна для инженерно-технических работников, связанных с экс-
плуатацией, ремонтом и реконструкцией искусственных сооружений.
Ил. 254, табл. 15.
Книгу написали: д-р техн, наук, проф. В. О. Осипов - главы 2, 4,
7, 9 и совместно с д-ром техн, наук, проф. 10. Г. Козьминым п. 1.1; д-р техн,
наук, проф. Ю. Г. Козьмин — главы 1, 5; канд. техн, наук, доц. А. А. Кирста -
главы 3, 11, главу 6 совместно с канд. техн, наук, доц. 10. Г. Рузиным; канд.
техн, наук, доц. Э. С. Карапетов — главы 8, 10, 13, 14; канд. техн, наук Ю. Г. Ру-
зин — главу 12.
Рецензенты: зав.кафедрой ’’Мосты” СибГАПС д-р техн, наук В.М. Круг-
лов, доц. кафедры ’’Мосты” СибГАПС канд. техн, наук С. А. Бокарев.
Заведующий редакцией В. К. Тихонычева
Редактор А.С. Яновский
3201020000-078
С----------------- 9-96
049(01)-96
ISBN 5-277-01457-8
 © Коллектив авторов, 1996
© Оформление, иллюстрации,
здательство ’’Транспорт”, 1996
ЪЙ? |
ОТ АВТОРОВ
Мосты, водопропускные трубы и другие искусственные сооружения
являются важнейшими дорогостоящими элементами пути, срок экс-
плуатации которых достигает ста и более лет. От их состояния и надеж-
ности в значительной степени зависит безопасность движения поездов
и бесперебойность работы транспорта.
В процессе эксплуатации искусственных сооружений в них возника-
ют различные повреждения (отказы); по мере роста обращающихся
нагрузок отдельные элементы сооружений становятся не способными
воспринимать возросшие нагрузки; иногда изменение условий экс-
плуатации железных и автомобильных дорог или судоходства вызывает
необходимость их переустройства. Поэтому эксплуатируемые искус-
ственные сооружения нуждаются в периодических осмотрах, обследова-
ниях, испытаниях, ремонтах, усилении и реконструкции.
В связи с наличием в эксплуатации большого количества так назы-
ваемых старых мостов в основном с металлическими пролетными
строениями, изготовленными в конце прошлого и начале текущего сто-
летия, обеспечение их надежности становится одной из главных проблем.
Мосты должны иметь высокую эксплуатационную надежность.
Оценка надежности и грузоподъемности мостов в комплексе работ по их
содержанию имеет особое значение. С этой целью должны использоваться
самые современные методы расчета, результаты экспериментальных ис-
следований, что отражено в соответствующих разделах учебника. Учеб-
ник написан для студентов транспортных вузов специальности 2911
’’Мосты и транспортные тоннели” в соответствии с утвержденной про-
граммой курса ’’Содержание и реконструкция мостов”. В учебнике из-
ложены основные положения по содержанию и реконструкций мостов
и труб с учетом официальных указаний и инструкций МПС, относящихся
к эксплуатации искусственных сооружений на железных дорогах. Одна-
ко авторы стремились не загромождать книгу их пересказом, а ограни-
чились приведением наиболее общих и важных положений. Более деталь-
но рассмотрены вопросы определения грузоподъемности и надежности
мостов; обследования и анализа повреждений, возникающих при дли-
тельной их эксплуатации; ремонта, усиления и реконструкции.
Значительное внимание уделено испытаниям мостов. Испытания
эксплуатируемых мостов, экспериментальные исследования их работы
позволяют получать исходный материал не только для оценки надежно-
3
сти и грузоподъемности конкретных мостов, но и для разработки новых
конструктивных решений мостовых конструкций и методов их расчета.
В связи с высокой интенсивностью движения поездов, ростом нагру-
зок наиболее частыми и прогрессирующими отказами мостов, особенно
металлических, становятся отказы, связанные С усталостными повреж-
дениями. Поэтому вопросы оценки усталостной долговечности и надеж-
ности мостовых конструкций в настоящем учебнике рассмотрены осо-
бенно подробно с изложением основных положений методики расчета.
Учебник может быть также использован при изучении дисциплин
’’Реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб” и ’’Испытания
сооружений” студентами специальности ’’Мосты и транспортные тон-
нели” (профилизация ’’Надежность и реконструкция искусственных
сооружений”), а также может служить пособием для инженеров-мосто-
виков и путейцев.
Авторы выражают глубокую признательность зав. кафедрой ’’Мосты”
д-ру техн, наук, проф. В. М. Круглову и канд. техн, наук, доц.с. А. Бо-
кареву за ценные рекомендации и пожелания.
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ МОСТОВ И ТРУБ
1.1. Характеристика мостов и труб на железных дорогах России
На железных дорогах России эксплуатируется 87 465 шт. искус-
ственных сооружений, общей длиной более 2250 км. Металлические
мосты с массой металла около 1 400 000 т (11 753 шт.) по протяженно-
сти составляют около 50 % железнодорожных мостов. Эксплуатируемые
в настоящее время металлические мосты построены в течение послед-
них 120 лет, поэтому они весьма разнообразны как по конструкции и
по материалам, так и по физическому состоянию.
Железобетонные мосты составляют также около 50 % протяженности
всех железнодорожных мосте». Массовое строительство железобетон-
ных мостов в России началось после 1930 г.; почти 90 % железобетонных
мостов построено после 1945 г. С 1950 г. стали широко применяться
предварительно напряженные железобетонные пролетные строения.
Число бетонных и каменных мостов, эксплуатируемых на железных
дорогах России, незначительно.
Самые многочисленные сооружения — водопропускные трубы —
составляют более 50 % всех искусственных сооружений. Первые трубы
под насыпями были построены более 140 лет назад иэ каменной кладки
на известковом растворе. С конца прошлого века трубы начали соору-
жать из бетона и железобетона. Новый строительный материал позволил
изменить их конструкцию: вместо сводчатых и овоидальных стали
строить трубы прямоугольного и круглого очертания, а затем из сбор-
ных конструкций. Это дало возможность снизить сроки и стоимость
строительства. Водопропускные трубы удобны в эксплуатации и поэто-
му часто более предпочтительны, чем мосты малых пролетов. В незначи-
тельном количестве встречаются круглые металлические и, как времен-
ные сооружения, деревянные трубы.
Интенсивное строительство железных дорог во второй половине
прошлого века в России потребовало нормирования основных положе-
ний проектирования мостов и в первую очередь расчетных нагрузок
с учетом перспективы.
Первые в России расчетные нагрузки на железнодорожные мосты
были приняты в 1875 г.: паровозная — 117,7 кН на ось паровоза и вагон-
ная — интенсивностью 25,8 кН/м пути. В последующих нормах 1884,
1896 и 1907 гг. нагрузки на ось паровоза принимались равными 147,2 и
5
196,2 кН, а вагонные - 21,4; 25,8 и 58,9 кН/м пути. Таким образом,
через 30 лет со времени введения первых норм проектирования желез-
нодорожных мостов в России расчетная нагрузка на ось локомотива воз-
росла в 1,7, а вагонная - в 2,3 раза. Расчетная нагрузка норм 1907 г. бы-
ла наиболее обоснованной. В 1921 г. вводится расчетная нагрузка на ось
локомотива 216 кН, вагонная — 68,7 кН/м.
Неопределенность перспектив развития подвижного состава желез-
ных дорог в то время не позволяла дать достаточно обоснованные нормы
расчетных нагрузок и потому они менялись после 1921 г. в 1923 и
1925 гг. Перспективы развития подвижного состава определились
к 1930 г., что дало возможность обосновать в 1931 г. нормы расчетных
нагрузок, которые просуществовали до 1962 г. В 1931 г. впервые было
введено понятие класса нагрузки К, принимаемого равным 6; 7 или 8
в зависимости от капитальности проектируемого сооружения. Для
постоянных мостов принимали К равным 7 или 8, а для временных (на-
пример, деревянных мостов) — 6. Расчетную нагрузку определяли умно-
жением нагрузки от единичного эталонного поезда Н1 на класс К.
В нормах 1962 и 1984 гг. (СН 200 -62; СНиП 2.05.03—84) норматив-
ная нагрузка СК ориентирована на далекую перспективу и представлена
в виде эквивалентных нагрузок от различных типов и сочетаний перспек-
тивного подвижного состава. В нормативной нагрузке СК сохранено
понятие класса нагрузки К. При проектировании капитальных сооруже-
ний принимают К-14, а для временных К-10.
Данные о расчетных нагрузках по нормам 1875, 1907 и 1931 гг.,
как наиболее характерных, приведены в табл. 1.1.
Во второй половине прошлого столетия широко применялись метал-
лические пролетные строения с многорешетчатыми (рис. 1.1, а) и много-
раскосными (рис. 1.1, б) главными фермами. Основным недостатком
этих систем, особенно характерным для начального периода их примене-
ния, являлось наличие большого числа элементов с малой жесткостью.
Таблица 1.1. Характеристики расчетных нагрузок
Год норм	Число локомо- тивов	Вес одного локомотива, кН	Вагонная нагруз- ка, кН/м	Схема нагрузки, кН
1875	1-3	354	25,8	,2,13 1,52,1.52, 2,13м 1,52,1,52,1,52, ГТ 1 1 1 II и
				117.7*3	76.5*3
1907	1- 2	980	58,9	2.0 1,6 1,6 1.6 1.6 3.0м 1.6 1.6 1,6 1.6 25 ПТТТТТ1 Ш 1
				275,6*5	235,4*4
1931	1- 2	1375 (НВ)	78,5	,1,5 1.5 1,5 1.5 1.5 2.5 м 1.5 1.5	1.5 1.5 f 1 1 1 1 1.1 1 HI
				196,2*5	137,4*4
6
73,15 м	66,5 м
67, Ь65 м
Рис. 1.1. Схемы многорешетчатых и многораскосных ферм:
а — многорешетчатая; б, в — двухраскосные
В процессе эксплуатации это приводило к возникновению различных
повреждений. Большой вклад в совершенствование пролетных строе-
ний с многорешетчатыми фермами сделал выдающийся русский инженер
С. В. Кербедз, предложивший сжатые элементы делать более жесткими
и сократить число элементов решетки ферм (число решеток).
В 70-х гг. прошлого столетия проф. Н. А. Белелюбский существенно
изменил схему многораскосных ферм: ввел в первой панели восходя-
щий раскос (рис. 1.1, в), сократил число решеток ферм (с 5—6 до
1 —3), что в значительной степени упростило конструкцию узлов, повы-
сило жесткость элементов, уменьшило число их прикреплений. Кроме
того, по его предложению опирание поперечных балок стали делать шар-
нирным и с 1883 г. начали применять для мостов литое железо. Проф.
Н. А. Белелюбским были разработаны проекты унифицированных про-
летных строений пролетом от 25 до 50 сажен с интервалом 5 сажен
(1 сажень = 2,134 м),-многие из которых эксплуатируются до сих пор.
В 80-х гг. прошлого века началось применение пролетных строений
с главными фермами с наиболее рациональной треугольной решеткой
и дополнительными стойками и подвесками (рис. 1.2). В 90-х гг. по
инициативе проф. Л. Д. Проскурякова для перекрытия больших проле-
тов начали применять фермы со шпренгелями (рис. 1.3). Пролетные
строения, изготовленные по проектам проф. Л. Д. Проскурякова, выгод-
33,53м
Рис. 1.2. Схемы главных ферм с треугольной решеткой и дополнительными стой-
ками и подвесками
7
Рис. 1.3. Однораскосная
ферма с верхними шпрен-
гепями
но отличаются от ранее применявшихся более мощными и жесткими
элементами главных ферм и связей.
Таким образом, по мере накопления опыта проектирования и изго-
товления пролетных строений повышались их эксплуатационные качест-
ва. Однако пролетные строения, изготовленные по нормам 1907 Г. и
более ранним, имеют ряд серьезных недостатков, существенно снижаю-
щих их надежность и грузоподъемность. К отмеченным выше недостат-
кам главных ферм следует добавить наличие различных пазух и щелей,
где скапливается грязь и усиленно развивается коррозия; большой шаг
заклепок, в связи с чем образуются зазоры между соединительными
элементами; слабую соединительную решетку между ветвями элемен-
тов и др.
Проезжая часть пролетных строений^построенных по нормам 1875,
1884, 1896 и 1907 гг.,выполнена в виде системы продольных и попереч-
ных балок. Она, как показал опыт эксплуатации, имеет ряд существен-
ных конструктивных недостатков: шарнирное опирание поперечных
балок в пролетных строениях Н. А. Белелюбского; прикрепление про-
дольных балок к поперечным без ’’рыбок” (т. е. допускалась работа не-
которых заклепок прикрепления на отрыв головок); отсутствие верх-
них поясных горизонтальных листов на продольных балках и др.
Эти конструктивные особенности старых пролетных строений слу-
жат одной из главных причин различных повреждений в элементах глав-
ных ферм и проезжей части, вызывают повышенные эксплуатационные
расходы. Поэтому в процессе эксплуатации мостов пришлось переустраи-
вать шарнирное опирание поперечных балок в нешарнирное, усилить
прикрепление продольных балок к поперечным ’’рыбками” и т. п.
С 20-х гг. текущего столетия стали широко применять типовые
пролетные строения с ориентацией изготовления их элементов на заво-
дах с последующим навесным или Полунавесным монтажоь?. При этом
с учетом накопленного опыта эксплуатации мостов элементы проектиро-
вались более жесткими, большими по массе; совершенствовались кон-
структивные решения, что способствовало улучшению эксплуатацион-
ной надежности и долговечности мостов.
В конце 20-х г. в связи с реконструкцией и строительством но-
вых железных дорог были разработаны новые типы металлических про-
летных строений, а в начале 30-х — типовые конструкции ряда металли-
ческих пролетных строений (Мостовое бюроЦУ ЖЕЛ НКПС). В дальней-
шем при строительстве новых мостов получили широкое распростране-
ние унифицированные конструкции пролетных строений (Проектсталь-
8
конструкции 1944 — 1955 гг., Гипротрансмоста с 1955 г. и др.), запро-
ектированные под нагрузки Н7 и Н8 1931 г. В металлических пролетных
строениях мостов, сооруженных в течение последних 40 лет, широко
применялись стали повышенной прочности, заводская сварка элементов
и блоков, соединения на высокопрочных болтах. Такими соединениями
заменяют заклепочные при ремонте и реконструкции эксплуатируемых
мостов.
В период с 30-х до 60-х гг. текущего столетия в связи с резким уве-
личением массы подвижных нагрузок многие пролетные строения, изго-
товленные по нормам 1896 г. и более ранним, были усилены. С 70-х гг.
началась интенсивная замена старых пролетных строений новыми. К на-
чалу 1995 г. общая масса эксплуатируемых пролетных строений, по-
строенных по нормам 1896 г. и более ранним, составляла около 90 тыс.т.
В Великую Отечественную войну, на железных дорогах бывшего
СССР было разрушено 16,8 тыс. искусственных сооружений, из них
более 80 % мостов. Восстановление этих сооружений завершилось, в ос-
новном, к 1956 г
До 1920-х гг. железобетонные мосты строили в основном под на-
грузку по нормам 1907 т. с балочными разрезными пролетными строе-
ниями длиной до 12 м, которые бетонировались в пролете. Эти пролет-
ные строения имеют до четырех ребер; главные ребра армированы
гладкой арматурой и хомутами из круглой или полосовой стали; класс
бетона по прочности на сжатие не выше В20. К 1930 г.методика расчета
железобетонных конструкций существенно изменилась. До начала
1930-х п. в расчетах железобетонных изгибаемых элементов учитыва-
лась работа бетона в растянутой зоне при пониженных допускаемых
напряжениях в арматуре в целях обеспечения трещиностойкости этой
зоны. В дальнейшем работу растянутого бетона в расчетах не учитывали,
допускаемые напряжения в арматуре были повышены, разрешалось
появление трещин в бетоне с раскрытием до 0,15 мм. Это позволило
получить более экономичные по расходу материалов конструкции. По
такой методике рассчитаны железобетонные конструкции мостов в
типовых проектах 1934 г. (Ленпроектпуть НКПС) и в последующих.
Повышение индустриализации строительства в послевоенные годы
потребовало изменения конструкции, технологии и монтажа железобе-
тонных мостов. Широкое распространение получили типовые конструк-
ции ЦКБ Главмостостроя МПС, полносборные железобетонные крупно-
блочные мосты ВНИИ транспортного строительства, рамноблочные Лен-
трансмостпроекта, рамно- и свайно-эстакадные мосты индустриального
изготовления.
С 1948 г. мосты под железную дорогу начали сооружать с предвари-
тельно напряженными железобетонными пролетными строениями дли-
ной до 34 м. В первых предварительно напряженных пролетных строе-
ниях арматуру размещали в закрытых каналах. В последующем от этих
конструкций отказались и теперь в железнодорожных мостах применяют
9
почти исключительно пролетные строения с натяжением арматуры в
стендах.
Опоры мостов до 1930 г. обычно сооружали из бутовой кладки
с облицовкой из штучного камня прочных пород с фундаментами на
естественном и свайном основаниях. Во второй половине прошлого века
при возведении фундаментов начали применять кессоны и опускные ко-
лодцы. Опыт эксплуатации таких опор показал достаточно высокую их
надежность. Но в ряде случаев в них обнаруживаются серьезные повреж-
дения фундамента и непосредственно опоры, особенно в зоне перемен-
ных горизонтов воды и ледостава, в виде трещин, каверн и поясообраз-
ных ниш.
Мосты постройки более поздних лет обычно сооружали на монолит-
ных и сборных бетонных и железобетонных опорах, в том числе без об-
лицовки камнем. Практика эксплуатации указанных опор выявила воз-
можность появления в них различных повреждений. Например, в бетон-
ных и железобетонных опорах могут образовываться различного рода
трещины, повреждения бетона в зонах переменных горизонтов воды и
ледостава, особенно на участках швов бетонирования и между блока-
ми и др.
В процессе эксплуатации водопропускных труб приходится выпол-
нять значительные объемы работ по ремонту каменной и бетонной
кладки, заделки трещин и швов в звеньях, гидроизоляции, переустраи-
вать оголовки и лотки, проводить реконструкцию труб с увеличением
отверстий, а иногда заменять их мостами.
Современное состояние эксплуатируемых мостов и водопропуск-
ных труб и перспективы развития железнодорожного транспорта настоя-
тельно требуют дальнейшего расширения исследований и анализа состоя-
ния искусственных сооружений с разработкой предложений по оценке
и повышению их надежности и долговечности с учетом изменения усло-
вий эксплуатации. Особое значение приобретают исследования работы
мостов в условиях высоких скоростей движения поездов и тяжелых ре-
жимов нагружения, а также исследования, необходимые для разработки
мероприятий по улучшению содержания и ремонта сооружений в различ-
ных, в том числе экстремальных, условиях эксплуатации.
1.2. Организация содержания мостов и труб
Техническое руководство эксплуатацией искусственных сооружений
в масштабах всей сети дорог России осуществляется Главным управлени-
ем пути МПС, а сооружений, расположенных на отдельных дорогах, —
службами пути управлений железных дорог. Для этой цели в состав
Главного управления пути МПС и служб пути дорог входят отделы ин-
женерных сооружений. Дистанция пути — основная хозяйственная и про-
изводственная линейная организация, практически выполняющая весь
комплекс работ по содержанию и ремонту мостов, водопропускных
10
труб и других искусственных сооружений. Порядок проведения работ,
обязанности работников, ведущих эти работы, определены Правилами
технической эксплуатации железных дорог и Инструкцией по содержа-
нию искусственных сооружений.
Содержание искусственных сооружений должно обеспечивать ис-
правное их состояние для бесперебойного и безопасного движения по-
ездов с установленными скоростями и длительным сроком службы
всех элементов конструкции. Под содержанием искусственных сооруже-
ний, основной принцип которого — предупреждение их расстройств и
повреждений, подразумевается комплекс мероприятий и работ, осу-
ществляемых на протяжении всего периода эксплуатации сооружений
и состоящих из текущего содержания и капитального ремонта.
Текущее содержание сооружений включает в себя надзор за их
состоянием и проведение необходимых ремонтных работ по предупреж-
дению появления и устранению на ранней стадии развития возникших
в сооружениях расстройств и повреждений. Особое значение в обеспече-
нии постоянной исправности мостов имеет четкая система надзора за их
состоянием.
На железных дорогах установлены следующие виды наблюдений
за искусственными сооружениями: осмотры обходчиками железнодо-
рожных путей и искусственных сооружений; текущие осмотры; перио-
дические осмотры; обследования и испытания; специальные наблюдения
и осмотры.
В процессе о с И 6 т р о в, выполняемых обходчиками железнодо-
рожных путей и искусственных сооружений, а также бригадирами или
квалифицированными монтерами пу*ги, выявляются и устраняются
.неисправности элементов мостового полотна; ведется очистка сооруже-
ний; по указанию дорожных и мостовых мастеров осуществляются про-
стейшие наблюдения за состоянием их отдельных частей и элементов.
Текущие осмотры выполняют бригадиры пути, бригадиры
по искусственным сооружениям, начальники участков, дорожные, стар-
шие дброжные и мостовые мастера, начальники дистанций пути и их
заместители. Цель текущих осмотров — наблюдение за общим состояни-
ем сооружений, выявление неисправностей, установление причин их по-
явления и способов устранения, контроль за выполнением надзора и
содержания сооружений обходчиками пути и искусственных сооруже-
ний, а также инструктирование этих работников.
Сроки проведения текущих осмотров мостовым мастером или под
его руководством бригадиром устанавливаются в соответствии с Ин-
струкцией по содержанию искусственных сооружений и начальником
дистанции пути в зависимости от вида и состояния сооружений. Напри-
мер, металлические, железобетонные и каменные мосты и трубы, нахо-
дящиеся в исправном состоянии, осматриваются не реже одного раза
в 3 мес.; деревянные мосты и трубы, пешеходные мосты — каждый
месяц. Решетчатые пролетные строения мостов, построенные по устарев-
шим нормам проектирования, включая нормы 1907 г., осматриваются
11
не реже одного раза в 2 мес. Слабые и дефектные сооружения осматри-
ваются чаще; при неудовлетворительном состоянии сооружений до
устранения неисправностей за ними устанавливается непрерывное наблю-
дение.
Бригадиры пути, дорожные и старшие дорожные мастера, начальни-
ки участков, начальники дистанций пути проводят осмотры искусствен-
ных сооружений в порядке, установленном Инструкцией по текущему
содержанию пути.
Данные осмотров с указанием необходимых ремонтных работ мос-
товые мастера и бригадиры заносят в Книгу записи результатов осмотра
искусственных сооружений, а наиболее существенные дефекты, выяв-
ленные при текущих осмотрах, — в Книгу искусственного сооружения.
Периодические осмотры осуществляются для детальной
проверки общего состояния искусственных сооружений с проведением
при .необходимости соответствующих инструментальных измерений.
К таким осмотрам привлекаются не только работники дистанций, но и
руководящий состав отделений й управления железной дороги.
Не реже двух раз в год: весной (после прохода высоких вод) и
осенью все искусственные сооружения должны осматриваться начальни-
ком дистанции пути, их заместителями или главным инженером с участи-
ем мостового мастера, начальника участка, старшего дорожного и дорож-
ного мастеров. Выявляются дефекты, требующие устранения, состав-
ляется перечень необходимых ремонтных работ, оценивается качество
надзора за сооружением.
Не реже, чем один раз в год периодические осмотры крупных и от-
ветственных сооружений осуществляют специадьные комиссии, возглав-
ляемые заместителем начальника дороги, начальником службы пути,
заместителем начальника отделения дороги. Результаты осмотров
оформляются актами и вносятся в Книги искусственных сооружений.
Обследованиям, а при необходимости и испытаниям
дорожными мостоиспытательными станциями подвергаются все искус-
ственные сооружения в соответствии с планами, утвержденными началь-
никами служб пути. Сроки обследования устанавливают согласно Инст-
рукции по содержанию искусственных сооружений. Так, большие и сред-
ние мосты с металлическими пролетными строениями, построенные по
нормам проектирования до 1907 г. включительно, обследуют не реже
одного раза в год, а сооружения более поздних норм проектирования —
не реже одного раза в 5 лет. Все остальные сооружения должны обследо-
ваться не реже одного раза в 5—10 лет.
Сложные, ответственные сооружения подвергают обследованиям
и испытаниям мостоиспытательные лаборатории научно-исследователь-
ских институтов и транспортных вузов. На основании полученных дан-
ных составляют отчеты с заключениями по состоянию сооружения, его
грузоподъемности, целесообразному режиму эксплуатации и необходи-
мым ремонтным работам.
12
Специальные наблюдения устанавливают за слабыми сооружениями
с недостаточной несущей способностью, с серьезными повреждениями,
а также за опытными. Цель этих наблюдений — предупреждение и устра-
нение на ранней стадии развития расстройств отдельных элементов, уста-
новление причин появления неисправностей, выявление эксплуатацион-
ных характеристик опытных и новых конструкций. К слабым сооруже-
ниям относят: все сооружения, движение по которым из-за их состоя-
ния и несущей способности ограничено по скорости или нагрузке; кон-
струкции, расчетная грузоподъемность которых по прочности равна или
близка к классам обращающихся по мосту поездных нагрузок; соору-
жения, подверженные непрекращающимся общим или местным дефор-
мациям, смещениям, например просадкам, кренам, пучению опор, де-
формациям звеньев водопропускных труб, чрезмерным колебаниям про-
летных строений или опор, в том числе пешеходных мостов; мосты и
трубы с недостаточной водопропускной способностью и подверженные
опасным размывам; другие сооружения, обеспечение безопасности дви-
жения поездов по которым впредь до устранения дефектов и поврежде-
ний требует систематических наблюдений.
Неисправности, из-за которых необходимо ограничить скорость дви-
жения и массу поездов, а также затрудняющие содержание искусствен-
ных сооружений, устраняют в срочном порядке. Если нельзя за корот-
кое время ликвидировать такие неисправности, то нужно немедленно
принять временные меры, обеспечивающие безопасную эксплуатацию
сооружения. Режим эксплуатации поврежденных сооружений устанавли-
вает начальник дистанции пути; в сложных случаях к решению этого во-
проса привлекаются мостоиспытательные станции дороги.
Ремонтные работы по текущему содержанию сооружений —
предупреждение неисправностей и устранение их в начальный период
развития — выполняет дистанция пути круглогодично. В состав работ по
текущему содержанию искусственных сооружений входят: содержание
мостового полотна и пути на мостах и подходах к ним в пределах уста-
новленных норм и допусков; очистка от загрязнений элементов пролет-
ных строений, опорных частей и подферменных площадок опор; рас-
чистка труб, лотков, русл летом от наносов и зарослей, а во время под-
готовки к пропуску весенних вод —от снега и льда; пропуск паводка и
ледохода; исправление местных расстройств конусов, откосов насыпи
и элементов регуляционных сооружений; содержание противопожарно-
го инвентаря и др.
В процессе текущего содержания мостовые бригады под руковод-
ством мостового мастера в соответствии с утвержденными начальником
дистанции пути сезонными Планами по полумесячным графикам ведут
без перерыва движения поездов небольшие по объему, но весьма разно-
образные ремонтные работы. В состав работ входят: замена одиночных
дефектных заклепок или болтов; засверливание и перекрытие трещин
в элементах металлических конструкций накладками; частичная окрас-
13
ка элементов; расшивка швов каменной кладки и заделка трещин в
массивных конструкциях; устранение неплотностей в деревянных кон-
струкциях; частичная смена элементов мостового полотна и другие ра-
боты. Текущее содержание пути на мостах и подходах к ним выполня-
ют путевые бригады под руководством дорожных мастеров.
Важную роль в обеспечении эксплуатационной надежности и продле-
ния срока Службы мостов и труб йграет введенная в последние годы на
железных дорогах России специальная система балльной оценки техни-
ческого состояния искусственных сооружений и их содержания мос-
товыми бригадами дистанции пути. Указанная система предусматрива-
ет расчетное численное определение так называемых приведенных балль-
ных оценок технического состояния каждого сооружения дистанции
пути Я^“ст, а также приведенных балльных оценок уровня текущего
содержания и ремонта сооружения №од. Параметр определяется
с учетом всех дефектов (недостатков), обнаруженных5при осмотре со-
оружения, а параметр Я^°д — с учетом только тех дефектов, устранение
которых может быть осуществлено мостовой бригадой.
Дефекты, возникновение которых не связано с качеством текуще-
го содержания сооружения мостовой бригадой, а устранение возможно
только силами других подразделений, фиксируются отдельным спис-
ком. Для их устранения по разработанному руководством дистанции
пути плану привлекаются специализированные подразделения (мосто-
поезда, путевые бригады и др.).
В случае, если все дефекты сооружения можно ликвидировать си-
лами мостовой бригады, выставляется только одна оценка, характери-
зующая одновременно и состояние, и содержание сооружения.
Все обнаруживаемые при обследовании искусственных сооружений
дефекты по степени их влияния на безопасность движения поездов, дол-
говечность сооружений и условия их обслуживания разделяют на три ка -
тегории: первую (I), вторую (II) и третью (П1). Дефекты I категории
снижают долговечность сооружения, однако их развитие не ограничивает
пропуск обращающихся нагрузок (например, незначительные коррози-
онные повреждения элементов металлических мостов, сколы и ракови-
ны в бетоне железобетонных пролетных строений без оголения рабочей
арматуры, местные-разрушения лотка водопропускной трубы и т. п.).
Развитие дефектов II категории может вызвать затруднения для про-
пуска поездов и создать угрозу безопасности их движения (наличие не
более 20 % дефектных болтов или заклепок в узлах или прикреплениях
металлических мостов; коррозия до 20 % площади обнаженной рабочей
арматуры в пролетных строениях из обычного железобетона; размыв
русла на входе и выходе водопропускной трубы и т. п.). Дефекты
III категории угрожают безопасности движения поездов, требуют осо-
бых условий эксплуатации вплоть до введения предупреждений (значи-
тельная язвенная коррозия несущих элементов металлических мостов,
требующих усиления; поперечные трещины раскрытием более 0,2 мм
в предварительно напряженных железобетонных пролетных строениях;
14
деформации и просадки водопропускных труб, требующие ограничения
скорости движения поездов; недостаточная габаритность и грузоподъем-
ность пролетных строений мостов и т. п.).
Дефектам каждой категории в принятой системе соответствует
своя балльная оценка: I категория — ’’хорошо” (4), II категория —
’’удовлетворительно” (3), III категория - ’’неудовлетворительно” (2).
Отсутствию дефектов соответствует оценка ’’отлично” (5).
Приведенные балльные оценки состояния и содержания каждого
искусственного сооружения подсчитываются следующим образом:
*7-	+
+
где	~ базовые оценки состояния и содержания сооружения, опреде-
ляемые дефектом наибольшей категории, который обнаружен на искусственном
сооружении; п? — количество дефектов-соответственио I и II категорий;
аГ аП ~ '«’--Ффициенть., учитывающие опасность дефекта и равные (в долях
балла) «^ = 0,02, «^ = 0,10.
Для балльных оценок состояния и содержания каждого сооружения
устанавливают следующие показатели качества:
отличное при т (7£°я) = 5;
хорошее при 3,50 < КГ™ (К^) < 3,98;
удовлетворительное при 2,50 < /Г^>СТ(АС1^)Д) < 3,48;
неудовлетворительное при К£°ст (К£°д) < 2,48.
Неудовлетворительная балльная оценка сооружения при отсутствии
на нем дефектов III категории не является основанием для введения
особых условий эксплуатации.
Приведенная балльная .оценка больших мостов принимается по худ-
шей из оценок состояния его отдельных составных частей.
Определение балльных оценок осуществляется мостовым мастером
и выполняется ежемесячно. Контроль за объективностью оценки состоя-
ния сооружений осуществляют при их комиссионных осмотрах, а также
при обследованиях, производимых мостоиспытательными станциями.
Для характеристики технического состояния искусственных соору-
жений, а также уровня их текущего содержания и ремонта на участке,
обслуживаемом мостовой бригадой, или на дистанции пути в целом опре-
деляются средние балльные оценки	Л^°д. Эти параметры под-
15
считывают как среднеарифметические значения из соответствующих
приведенных балльных оценок всех сооружений участка или дистанции
Пути. При этом среднюю балльную оценку характеризуют как неудов-
летворительную При наличии хотя бы одного сооружения, имеющего де-
фекты III категории.
Значения Кс°ст и К^оа входят в основные показатели работы дис-
танции пути, отдельных ее участков и являются одним из критериев
оценки их деятельности.
Капитальный ремонт искусственных сооружений включает в себя
работы по замене отдельных изношенных частей и элементов, в том чис-
ле антикоррозионных и гидроизоляционных покрытий, частичное пере-
устройство или усиление сооружений, продлевающие срок их службы,
а также оборудование мостов смотровыми и другими приспособлениями
для улучшения содержания и условий их эксплуатации. В состав таких
работ входят: сплошная замена мостовых брусьев и других элементов
мостового полотна; полное возобновление окраски металлических про-
летных строений; замена гидроизоляции балластных корыт каменных,
железобетонных и сталежелезобетонных сооружений; устранение негаба-
ритности, усиление пролетных строений; торкретирование поверхности,
цементация кладки, устройство железобетонных оболочек массивных
опор мостов; Перекладка оголовков, исправление просадок водопро-
пускных труб и другие периодически проводимые крупные ремонтные
работы, направленные на обеспечение исправного состояния и длительно-
го срока службы сооружений.
Сроки проведения капитальных ремонтов, их объемы и основные
технико-экономические решения в каждом конкретном случае устанав-
ливают с учетом данных детального обследования-сооружения, а также
существующих и перспективных условий его эксплуатации.
Ремонтные работы, как правило, должны проводиться без перерыва
и уменьшения скорости движения поездов при полном обеспечении их
безопасного прохода по сооружению. Поэтому особое внимание при
разработке проекта капитального ремонта должно быть уделено выбору
таких конструктивных решений и технологических процессов, кото-
рые бы в минимальной степени вызывали помехи непрекращающейся
эксплуатации ремонтируемого объекта. Достигнуть этого можно приме-
нением сборных индустриальных конструкций, тщательной организаци-
ей и широкой механизацией ремонтных работ.
Капитальный ремонт, осуществляемый силами дистанции пути,
ведут по месячным планам специализированные бригады по текущему
содержанию и ремонту искусственных сооружений. Месячные планы раз-
рабатывают мостовые мастера.
Сложные и трудоемкие ремонтные работы на мостах (сплошная
окраска металлических пролетных строений, полная замена мостового
полотна, перекладка и цементация опор мостов) рекомендуется выпол-
нять силами специализированных подразделений железных дорог; мос-
топоездов, путевых машинных станций, ремонтных колонн и др. К про-
16
изводству работ по замене пролетных строений, их усилению, ликвида-
ции негабаритности, переустройству опор могут привлекаться подразде-
ления мостостроительных организаций. Технический надзор За прове-
дением работ, выполняемых специализированными подразделениями,
осуществляет мостовой мастер или другое ответственное лицо, назначае-
мое начальником дистанции или службы пути дороги.
В организации эксплуатации мостов важное место занимает надеж-,
ная информация об их габаритности и фактической несущей способно-
сти, позволяющая объективно решать вопросы о возможности и услови-
ях пропуска по ним тех или иных подвижных нагрузок. Для этих целей
Инструкцией по содержанию искусственных сооружений предусматри-
вается необходимость специальной расчетной оценки .несущей способно-
сти всех железнодорожных мостов методом их классификации По грузо-
подъемности (см. гл. 5 и 6). При необходимости определяется расчетом
также и прочность пешеходных мостов и автодорожных путепроводов
через железнодорожные пути. Кроме того, мосты через водотоки и водо-
пропускные трубы классифицируются по водопропускной способности.
Все эти работы на основании натурных обследований прово/ЩТся дорож
ными мостоиспытательными станциями.
Учитывая особую важность полноты и своевременности инфор
мации о техническом состоянии искусственных сооружений, а также
необходимость совершенствования их содержания, НИИ мостов ПГУПСа
(ЛИИЖТа) и СибГАПСом (НИИЖТом) разработаны автоматизирован-
ные системы информации об искусственных сооружениях железных
дорог России (АИС ИССО) и управления их содержанием (АСУ ИССО).
Целью создания автоматизированных систем, предусматривающих ши-
рокое применение персональных ЭВМ, является повышение производи-
тельности и качества труда специалистов, занятых управлением и плани-
рованием содержания искусственных сооружений. В основу разработки
систем положена концепция формирования баз данных по конструкции
и состоянию сооружений с созданием программных комплексов, обес-
печивающих выдачу различной заданной информации.
АИС ИССО выдает информацию для определения возможности и
условий безопасного пропуска подвижного состава по искусственным
сооружениям, представляет исходные данные для проектов их ремонта,
усиления и реконструкции, определения объемов и видов выполняемых
при этом работ. Эти данные могут быть также использованы при подго-
товке осмотров и испытаний сооружений, при определении грузоподъем-
ности, балльной оценке их состояния и содержания.
АСУ ИССО состоит из трех составных частей, эксплуатируемых на
трех уровнях управления: на уровне Министерства путей сообщения
(АСУ ИССО Ц), управления железной дороги (АСУ ИССО Н) и дистан-
ции пути (АСУ ИССО ПЧ). Для каждого уровня разработано свое про-
граммное обеспечение. Банки данных, используемые в рамках этих
систем, уникальны, но имеют общую часть, которая формируется в дис-
танции пути или службе пути дороги. Это банк данных по конструкции
17
и состоянию ИССО и банк данных по планово-экономическим показа-
телям.
В настоящее время АИС ИССО и АСУ ИССО используются в опыт-
ном порядке службами пути Октябрьской, Северной, Забайкальской,
Восточно-Сибирской, Красноярской и других железных дорог.
13. Содержание мостового полотна и пути на мостах
На железнодородных мостах применяют мостовое полотно двух
основных типов: балластное и безбалластное.
Балластное мостовое полотно обладает весьма существенными
достоинствами. Его использование позволяет обеспечить однотипность
конструкции пути на земляном полотне и искусственных сооружениях,
применять при содержании мостов механизированную путеремонтную
технику, уменьшить за счет поглощающих свойств балластного слоя
высокочастотные динамические воздействия на элементы сооружений,
а также уровень шума во взаимодействующей системе ’’мост— поезд”.
Указанные обстоятельства обусловливают не только традиционную
укладку балластного пути на железобетонных мостах (рис. 1.4, а, б),
но и расширение его применения на мостах со сталежелезобетонными и
цельнометаллическими пролетными строениями.
Так; отсыпка балласта в железобетонное корыто используется в ти-
повых балочных сталежелезобетонных пролетных строениях, предусмат-
ривающих включение сборных железобетонных блоков в совместную
работу с металлическими балками в условиях монтажа (рис. 1-4, в),
Либо монтируемых на месте из сталежелезобетонных блоков заводской
готовности (рис. 1.4,г).
Езда на балласте в металлическом корыте (рис. 1.4, д) использует-
ся в типовых балочных коробчатых пролетных строениях с пролетами
до 45 м.
В настоящее время ведутся поиски конструктивных решений решет-
чатых металлических пролетных строений с ездой понизу средних и
больших пролетов для мостов проектируемой высокоскоростной спе-
циализированной железнодорожной магистрали С.-Петербург — Москва
(скорость до 350 км/ч), на всем протяжении которой, включая искус-
ственные сооружения, предусматривается укладка пути только на бал-
ласте. Такая ориентация объясняется отмеченными выше достоинствами
мостового полотна, реализация которых особенно важна при высоких
скоростях движения поездов.
На мостах при езде на балласте применяется обычная рельсо-шпаль-
ная решетка, на которой дополнительно должны укладываться специ-
альные охранные приспособления, обеспечивающие безопасный проход
поезда в случае схода с рельсов колесной парй или тележки на мосту
(см, рис. 1.4, а-д). В качестве охранных приспособлений применяют
располагаемые внутри колеи контруголки сечением 160x160x16 мм или
18
Рис. 1.4. Типы конструкций мостового полотна железнодорожных мостов:
Д — на железобетонных пролетных строениях с ездой на балласте и деревянных
шпалах; б — то же на железобетонных шпалах; в — на сталежелезобетонных про-
летных строениях ср сборными плитами; г-на сталежелезобетонных пролетных
строениях высокой заводской готовности; д — с ездой на балласте на металличе-
ской ортотропной плите; е — с ездой на металлических поперечинах; ж — то же
на деревянных мостовых брусьях; з — то жена железобетонных плитах; 1 — путе-
вой рельс; 2 — контррельс; 3 — контруголок; 4 — водоотводная трубка; 5 —
плита тротуара; 6 — противоугонный брус; 7 — лапчатый болт; 8 — противо-
угонный уголок; 9 — высокопрочная шпилька крепления плиты; 10 — армиро-
ванный цементно-песчаный прокладной слой
19
контррельсы (того же типа, что и путевые). При езде на балласте эти
приспособления обязательны при длине моста в прямых свыше 50 м,
путепровода — свыше 25 м, а на кривых радиусом менее 600 м для моста
и менее 1000 м для путепровода — при любой длине сооружения. В этом
случае используют специальные железобетонные или деревянные шпалы
и их число увеличивают до 2000 шт. на 1 км пути.
Срок службы пролетных строений с ездой на балласте и расходы на
их содержание в значительной мере определяются долговечностью гидро-
изоляции внутренних поверхностей балластных корыт и исправностью
системы водоотвода с этих поверхностей. Поэтому при приемке новых
и содержании эксплуатируемых сооружений с ездой на балласте обеспе-
чению служебных свойств и качеству исполнения гидроизоляции бал-
ластных корыт должно уделяться повышенное внимание. При железо-
бетонном балластном корыте, формируемом из сборных блоков, повы-
шение надежности и долговечности гидроизоляции может быть достигну-
то при ее устройстве в заводских условиях, а в цельнометаллических
пролетных строениях — за счет применения в местах контакта балласта
с несущей конструкцией двухслойных листов с верхним слоем из нержа-
веющей стали.
Безбалластное мостовое полотно укладывают на металлических
мостах. Конструкции с ездой на металлических поперечи-
нах (рис. 1.4, е) вследствие повышенной металлоемкости, значитель-
ной жесткости пути, коррозии и других недостатков в настоящее время
применяют редко. Наибольшее распространение получило мостовое по-
лотно с ездой на деревянных поперечинах (рис. 1.4, ж).
На всех мостах с деревянным мостовым полотном, наряду с контр-
уголками (контррельсами), дополнительно ставят сцаружи колеи про-
тивоугонные уголки (брусья), препятствующие продольному угону
пути. Эти элементы одновременно выполняют роль дополнительного уси-
ления охранных приспособлений. Расстояние между мостовыми брусья-
ми в свету принимают не более 15 см, что уменьшает опасность провала
сошедших с путевых рельсов колес. Над поперечными балками проез-
жей части, где такое расстояние выдержать невозможно, устраивают спе-
циальные подвесные мостики.
Мостовые брусья должны плотно прирубаться к поясам пролетных
строений или продольным балкам проезжей части. Глубина врубок долж-
на быть не менее 0,5 см и не более 3 см. Для головок заклепок и высоко-
прочных болтов поперек бруса вырубают канавки. Для уменьшения
износа мостовых брусьев под рельсовыми подкладками следует укла-
дывать резиновые прокладки. Лапчатые и другие болты должны нахо-
диться в правильном положении и быть плотно подтянутыми. Не до-
пускаются неплотности опирания рельсов и мостовых брусьев бо-
лее 1 мм.
Из-за большой дефицитности высокосортной древесины и значитель-
ных расходов на содержание полотно на деревянных поперечинах все бо-
лее вытесняется безбалластным мостовым полотном на железобе-
20
тонных плитах (рис. 1,4, з). Блоки сборных плит шириной 3,2 м,
длиной 1,5 — 2,0 м и толщиной 16 см изготавливают на заводах в метал-
лической опалубке из обычного или предварительно напряженного желе-
зобетона. Через соединительные устройства плиты укладывают на верх-
ние пояса продольных или главных балок и прикрепляют к ним высоко-
прочными шпильками с предварительным натяжением. В качестве соеди-
нительного устройства в основном используется прокладной слой из ар-
мированного цементно-песчаного раствора, укладываемого с верхней
поверхности полотна через специальные отверстия в плитах. До омоно-
личивания плит с балками их проектное положение в профиле и плане
обеспечивается предварительной укладкой плит на деревянные проклад-
ки соответствующей толщины.
Раздельные рельсовые скрепления путевых рельсов прикрепляются
к плитам так же, как и к типовым железобетонным шпалам. В качестве
охранных приспособлений используются контруголки.
Укладку рельсов на железобетонные плиты следует рассматривать
как наиболее перспективный тип безбалластного мостового полотна,
позволяющий устранить большинство недостатков, присущих полотну
на деревянных и металлических поперечинах. Вместе с тем рассмотрен-
ная выше конструкция плитного основания нуждается в дальнейшем
совершенствовании. Наиболее слабым ее звеном, как показывает опыт
эксплуатации, является недолговечность сплошного цементно-песчаного
прокладного слоя между плитами и поясами балок. В настоящее время
ведутся поиски новых конструкций соединительных устройств, в том
числе с применением дискретных цементно-песчаных опор в металличе-
ских кольцевых обоймах, типовых резино-металлических опорных час-
тей и др.
При текущем содержании безбалластного мостового полотна на же-
лезобетонных плитах основное внимание должно быть уделено наблюде-
нию за состоянием армоцементного прокладного слоя или другой кон-
струкции сопряжения плиты с балками пролетных строений. Периоди-
чески должна осуществляться проверка натяжения высокопрочных
шпилек прикрепления плит к поясам балок, и в случае необходимости
шпильки должны быть подтянуты до нормального усилия. Необходимо
также поддерживать в исправном состоянии гидроизоляцию наружных
поверхностей плит и поперечных стыков между ними.
При выборе конструкции, содержании и реконструкции рельсового
пути на мостах необходимо учитывать особенности его напряженного со-
стояния. В отличие- от земляного полотна подрельсовое основание на
мосту вследствие температурных и силовых деформаций элементов мос-
та существенно перемещается как в горизонтальной, так и в вертикаль-
ной плоскостях.
Вовлечение пути в горизонтальные продольные перемещения под-
реЛьсового основания вызывает в рельсах (при любом типе мостового
полотна) осевые растягивающие или сжимающие усилия и соответ-
21
Рис. 1.5. Схемы и эпюры дополнитель-
ных усилий, возникающих в рельсах
бесстыкового пути в зоне м оста:
а — при изменении температуры; б —
от торможения поезда; в — вследствие
переломов профиля пути над опорами;
L - температурный пролет; Д^ — пе-
ремещение конца пролетного строения;
Т — тормозная нагрузка; р — вертикаль-
ная подвижная нагрузка; г — сопротив-
ление сдвигу по контакту пути с под-
рельсовым основанием на мосту
ствующие напряжения. -При изменениях температуры эти усилия N
(рис. 1.5, а) тем выше, чем больше температурный пролет Lf, т. е. длина
участка моста, в пределах которой накапливаются температурные пере-
мещения сооружения (рис. 1.6). На таких же длинах в рассматриваемых
конструкциях накапливаются горизонтальные смещения подрельсового
основания и от действия торможения поездоЪ, что обусловливает воз-
никновение в рельсах осевых усилий N (рис. 1.5, б). На многопролет-
ных высоких балочных виадуках и эстакадах значительное увеличение
этих перемещений может быть обусловлено продольными деформация-
ми верха недостаточно жестких опор.
Осевые напряжения в рельсах на мостах от указанных температур-
ных и силовых воздействий зависят также от сопротивления г взаим-
ному сдвигу в системе ’’рельс — подрельсовое основание” и растут с его
увеличением. Поэтому, например, при одной и той же величине темпера-
турного пролета рассматриваемые напряжения в рельсах безбалластного
мостового полотна больше чем в случае балластного полотна, которому
свойственна менее жесткая связь пути с сооружением.
Поворот концов пролетных строений вследствие их вертикальных
упругих прогибов f обусловливает местные угловые деформации а
подрельсового основания (переломы профиля пути) над опорами мос-
тов и, как следствие, — изгибающие моменты М„ и изгибные напряже-
ния в рельсах в этой зоне (рис. 1.5, в).
Указанные выше особенности напряженного состояния рельсов су-
щественно ограничивают применение на мостах бесстыкового пути
22
Рис. 1.6. К определению температурных пролетов балочных разрезных и
неразрезных мостов:
~ температурный пролет; Ур — место установки (при необходимости)
уравнительных приборов или уравнительных рельсов
(рис. 1.7, а). По действующим нормам его укладка разрешена на одно-
пролетных мостах при длине температурного пролета до 55 м, а на мно-
гопролетных — при суммарной длине пролетов до 66 м включительно.
При больших длинах используется звеньевой путь, при этом для умень-
шения числа рельсовых стыков рекомендуется укладывать на мостах
рельсы длиной 25 м. При температурных пролетах металлических мостов
более 100 м (а при годовом перепаде температуры рельсов, не превы-
шающем 90 “С, — не более 110 м) для уменьшения уровня дополнитель-
ных напряжений в рельсах необходимо укладывать уравнительные при-
боры (рис. 1.7, б) или уравнительные рельсы (рис. 1.7, в). На каждом
температурном пролете укладывается по одному комплекту уравнитель-
ных приборов или уравнительных рельсов.
Уравнительные приборы (рис. 1.8) позволяют в эоне подвижных
концов пролетных строений одному концу рельса свободно переме-
щаться относительно другого на расчетное значение. При этом обеспе-
чиваются удовлетворительные условия движения колес подвижного
состава. Однако уравнительный прибор представляет собой механизм,
требующий точного изготовления и тщательного ухода в эксплуатации.
Сроки его службы в 1,5—2 раза меньше, чем обычных путевых рельсов.
Укладка уравнительных рельсов обладает сравнительной простотой,
но при этом возрастает число стыков на мосту. При температурных про-
летах до 110 м укладывают по три (иногда по четыре) пары рельсов дли-
ной по 12,5 м каждый. Весной средние пары заменяют до осени на укоро-
23
Рис. 1.7. Схемы расположения рельсовых плетей в зоне моста:
а — без устройства уравнительных приборов; б — с устройством уравни-
тельных приборов; в — с укладкой уравнительных рельсов; 1 — рельсовая
плеть; 2 — стык рельсов; 3 — уравнительный прибор; 4 — подвижная опор-
ная часть; 5 — неподвижная опорная часть; б — сезонные уравнительные
рельсы; L? — температурный пролет
ченные рельсы длиной 12,46 м. Зазоры в стыках должны соответство-
вать расчетным.
Для повышения надежности рельсового пути на больших мостах,
а также подходах к ним, как правило, должны укладываться термо-
упрочненные рельсы типов Р65 и Р75. При грузонапряженности до
15 млн. т км брутто/км в год разрешается укладывать нетермоупроч-
ненные рельсы типа Р65. На больших мостах укладывают те же рельсы,
что и на перегоне. На больших и средних мостах не допускается экс-
плуатация рельсов, пропустивших сверхнормативный тоннаж, а на ме-
таллических мостах (для уменьшения вибраций их элементов) — рельсов
с волнообразным износом более 1 мм.
Отклонения оси пути от проектного положения на мостах с безбал-
ластным мостовым полотном не должны превышать на прямых 30 мм,
на кривых 20 мм, а при езде на балласте соответственно 50 и 30 мм. До-
Рис. 1.8. Упрощенная
принципиальная схема
рельсового уравнительно-
го прибора:
1 — путевой рельс; 2 —
стык остряка; 3 — остряк;
4 — плита (лафет); 5 -
рамный рельс; б ~ стык
рамного рельса; 7—ось пути
24
пустимость больших отклонений необходимо проверять расчетом по ус-
ловиям грузоподъемности пролетных строений и элементов мостового
полотна. Недопустимые отклонения выправляют сдвижкой пути или
пролетных строений.
1.4. Содержание подмосгового русла и регуляционных сооружений
К числу основных факторов, неблагоприятно влияющих на экс-
плуатационную надежность таких крупных водопропускных сооруже-
ний, как средние и большие мосты, относятся русловые процессы и ледо-
вые воздействия на опоры мостов.
Мостовой переход изменяет естественный режим водного потока.
Наибольшие изменения водного режима характерны для извилистых рав-
нинных рек с широкими затопляемыми поймами. В этом случае для
уменьшения длины моста на части поймы устраивают подходные насыпи,
что приводит к существенному стеснению паводкового потока. Вслед-
ствие увеличения скорости его течения под мостом возникают различные
русловые деформации.
Общий размыв подмостового русла, выражающийся
в понижении отметок дна русла по всей его ширине, вызывается стесне-
нием потока подходными насыпями и русловыми опорами. При этом
в случае неудачного расположения отверстия Моста относительно русла
на' части ширины русла может развиваться так называемый сосредото-
ченный размыв. Одновременно с общим (или сосредоточенным) размы-
вом образуются воронки местного размыва у русловых опор. Их появ-
ление обусловлено тем, что при набегании водного потока на опору про-
исходит отклонение части струй в сторону дна. Естественно, общие (или
сосредоточенные) и местные размывы суммируются и в наиболее небла-
гоприятных ситуациях могут вызывать опасные подмывы русловых
опор.
В настоящее время имеются методики, позволяющие рассчитывать
различные виды возможных размывов, учитывать их при проектирова-
нии или предусматривать предотвращающие их мероприятия. Однако,
сложность рассматриваемых процессов и определенное несовершенство
их расчетного моделирования в отдельных случаях вызывают отклоне-
ние фактического хода процессов от прогноза. Кроме того, на сети же-
лезных дорог имеется значительное число мостов старой постройки,
при проектировании которых прогнозирование русловых процессов
было осуществлено весьма приближенными методами. Вследствие ука-
занных причин при эксплуатации мостов необходимы специальные ме-
роприятия по содержанию подмостовых русел и устройств мостового
перехода, состоящие в контроле за русловыми процессами и обеспечении
надежной работы сооружения.
Для оценки гидрологических режимов реки и русловых деформаций
в зоне мостового перехода в соответствии со специальными инструкция-
25
ми производят постоянные наблюдения за уровнем и направлением те-
чения воды, отметками высоких вод, профилем дна реки, изменением
в плане положения русла и др. Данные наблюдений заносят в Книгу ис-
кусственного сооружения.
Неблагоприятные воздействия на эксплуатируемый мостовой пере-
ход общего и сосредоточенного размывов, сопровождающихся переме-
щениями больших объемов грунта, устранить весьма сложно, поскольку
это связано с такими трудоемкими и дорогими работами, как срезка
грунта с увеличением отверстия моста и др. Однако, осуществлять та-
кие мероприятия в отдельных случаях приходится (рис. 1.9).
Местные размывы у опор особенно опасны для сооружения, посколь-
ку могут вызывать недопустимые просадки и крены опор и связанные
с ними расстройства опорных частей пролетных строений, рельсового
пути на мосту, а в отдельных случаях даже обрушения мостов. Поэтому
подмываемые в паводковый период опоры защищают от местного раз-
мыва. Профилактическим мероприятием такого рода в условиях слабых
грунтов является, например, укрепление дна вокруг опоры фашинными
тюфяками с каменной пригрузкой (рис. 1.10). Кроме того, в местах воз-
можного появления размывов заранее сосредотачивают аварийные за-
пасы материалов. В случае возникновения в паводок воронки местного
размыва, глубина которой превышает допускаемую, воронку заполняют
бутовым камнем, кулями или мешками с глиной. Опоры на горных ре-
ках с высокими скоростями течения воды защищают от размыва габио-
нами — ящиками прямоугольной формы из проволочной сетки, запол-
ненными камнем.
Повышенное внимание при содержании мостовых переходов с ис-
кусственным регулированием направлений течения водных потоков
должно уделяться наблюдениям за состоянием и обеспечению надежно-
сти регуляционных сооружений и пойменных насыпей.
Рис. 1.9. Схема срезки поймы:
а — продольный профиль; б — план; 1 —
струенаправляющая дамба регуляцион-
ных сооружений; 2 — срезка; 3 — ось
моста; 4 — линия уреза воды в межень;
УМ В — уровень меженных вод; УВВ —
уровень высоких вод
26
Рис. 1.10. Схема укрепления дна вокруг
опоры от размыва:
1 — обсыпка опоры камнем высотой
0,7—1,0 м; 2 — каменная пригрузка;
3 — фашинные тюфяки; ЛМР — линия
местного размыва
Речные откосы струенаправляющих дамб, траверсов регуляционных
сооружений и насыпей (а при необходимости и берега) при строительст-
ве моста укрепляют от размыва и подмыва текущей водой и разрушаю-
щего воздействия волн мощением сборными бетонными или монолит-
ными железобетонными конструкциями по щебеночной подготовке
(рис. 1.11). Полевые откосы дамб, как правило, укрепляют одерновкой.
Сборные железобетонные плиты изготавливают различных размеров
(например, 0,49x0,49x0,10 м), соединяя друг с другом по углам арма-
турными выпусками. Укрепление монолитным бетоном выполняют кар-
тами размером 3,00x1,80x0,12 м. Карты армируют металлическими сет-
ками и разделяют асфальтобетонными планками. Для защиты подошвы
откоса дамб от подмыва устраивают вдоль откоса каменную рисберму
шириной 2 м и глубиной не менее 1м. Для защиты подошвы головы
струенаправляющей дамбы от подмыва применяют тюфяки из тех же
сочлененных бетонных плит. Тюфяк эаанкеривают в теле дамбы, и по
мере развития размыва он опускается, занимая конечное положение с
уклоном не более 1:1,5.
При эксплуатации в случае возникновения в паводок непредвиден-
ных размывов для заделки образовавшихся брешей используют заранее
заготовленный на мосту аварийный запас бутового камня. После про-
хождения паводка восстанавливают проектную конструкцию укрепле-
ния откосов.
В отличие от средних и больших мостов, устраиваемых при пересече-
нии железнодорожной магистралью постоянных водотоков, малые мос-
ты и трубы в основном предназначаются для пропуска водотоков, имею-
щих непостоянный, сезонный характер. В результате поверхностного
стока воды при весеннем снеготаянии либо дождевого стока в летне-
осенний период перед малыми искусственными сооружениями, стесняю-
щими естественный паводковый поток, происходит скопление (аккуму-
ляция) масс воды. Из-за образования подпора возрастает скорость воды
27
Рис. 1.11. Конструкция и элементы струенаправляющей дамбы:
а — поперечный профиль средней части дамбы; б— то же головы дамбы; 1 —
мощение откоса; 2 — дериовка откоса; 3 — анкерные сваи; 4 — гибкий
тюфяк; 5 — блоки упора; б — бетонные плиты мощения; 7 - щебеночная
подготовка; 8 — подушка; 9 — рисберна из бутового камня крупностью
20—30 мм; 10 — соединение плит арматурными выпусками с заполнением
гнезд цементно-песчаным раствором
в русле, вследствие чего могут быть размывы русла на выходе турбу-
лентного потока из сооружения. При недостаточной водопропускной
способности сооружения возможны также размывы земляного полотна
фильтрационными потоками сквозь тело насыпи и вследствие перелива
воды через нее. Последний случай наиболее опасен; так как разрушение
насыпи при этом происходит особенно быстро.
28
Указанные повреждения сооружений железной дороги, вызывающие
нарушение нормальной ее эксплуатации, являются следствием либо
ошибок в проектах (назначение недостаточной водопропускной способ-
ности сооружения, неудачная конструкция мощения русла, конусов на-
сыпи и др.), либо действия факторов, возникающих в процессе эксплуа-
тации. К ним можно отнести: зарастание русел малых мостов, отложение
в них наносов, занесение их снегом, засорение карчеходом, образование
наледей и др. Одной из проектных ошибок может быть недостаточное
возвышение пролетных строений над уровнем воды. По современным
нормам низ пролетных строений должен возвышаться над уровнем воды
при максимальных расходах паводков в зависимости от категории ли-
нии не менее, чем на 0,50 — 0,75 м, а при наличии заторов льда иликар-
чехода это возвышение возрастает до 1,0—1,5 м. Снизить подпор перед
существующим сооружением возможно за счет увеличения его отвер-
стия углублением русла. Русло должно быть плавно выведено по логу
вверх,и вниз сооружения.
Недостатки укрепления подмостового русла устраняют дополнитель-
ным его мощением камнем или сборными железобетонными плитами
по щебеночной подготовке.
В процессе эксплуатации необходимо наблюдение за образованием
искусственных водоемов перед малыми водопропускными сооружения-
ми. Если отмечается преобладание стока от весеннего снеготаяния, иног-
да достаточно проводить сезонные мероприятия по пропуску па-
водка. Если же максимальные расходы воды формируются от дожде-
вого стока, русло необходимо поддерживать в работоспособном состоя-
нии в течение всего теплого периода года.
Мероприятия по подготовке малых искусственных сооружений
к пропуску паводковых вод включают: расчистку русла от снега, льда,
кустарника (кроме случаев, когда кустарник выполняет роль укрепле-
ния русла) на расстоянии не менее 20-30 м в верховую и низовую сто-
роны, очистку кюветов, устранение дефектов укрепления русла, а также
неисправностей труб, из-за которых возможна фильтрация воды в на-
сыпь. Кроме того, для защиты труб от засорения плывущими предме-
тами следует устраивать ограждения входных оголовков, например,
в виде столбиков из старогодных рельсов.
Неблагоприятные воздействия льда на опоры больших мостов
определяются местными природно-климатическими условиями и осо-
быми ситуационно-гидрологическими условиями мостового перехода.
Они могут меняться по своему характеру в течение периода от образо-
вания льда на реке до окончания весеннего ледохода.
При проектировании мостов используют методики расчета опор на
различные случаи ледовых воздействий. Однако, в силу
упрощения расчетных моделей по отношению к реальным весьма слож-
ным процессам, а также развития во времени слабопредсказуемых де-
29
формаций русла реки, возможности образования заторов и зажоров
льда, в отдельных случаях на опоры мостов могут действовать сущест-
венно большие ледовые нагрузки, нежели предусмотренные в проекте.
Поэтому на реках с тяжелым ледоходом изучают и систематизируют
данные о ледовом режиме водотока (возможность и время образования
шуги, донного льда, зажоров и т. п.), ежегодно фиксируют в Книге ис-
кусственного сооружения время ледостава, первой подвижки льда,
максимальную толщину льда, начало, продолжительность, характер и
горизонт весеннего ледохода.
Мероприятия по защите мостов от вредного воздействия льда вы-
полняют не только в период ледохода, но и на протяжении всего осенне-
зимнего периода. Зимой на ряде рек и особенно в зоне водохранилищ
возможны изменения уровня горизонта ледяного покрова. Примерз-
ший к опорам лед может повреждать их кладку, а в ослабленных соору-
жениях вызывать и более опасные повреждения. Для их предотвращения
вокруг опор устраивают проруби (майны) шириной 0,5 м. Толщина льда
в них на протяжении зимы не должна превышать 0,15—0,20 м.
При подготовке моста к пропуску ледохода необходимо непрерыв-
но получать сведения о ледовой обстановке как в верховье реки, так и
в низовье. При получении информации о том, что с верховья движутся
ледяные полд размерами в поперечнике более пролета моста, необходи-
мо раздроблять их в 1,5—2 км от моста. При этом работы производят
специалисты-взрывники, используя подводное взрывание льда через
лунки. Аналогичным образом производится ликвидация донного льда.
Взрывание шуги (осенний ледоход) производится зарядами, бро-
саемыми с берега и непосредственно с моста, но только в те места, где
шуга уплотняется и образуется затор.
Заторы льда возникают также у поворотов реки, островов, мелей,
кос и у других препятствий. При образовании затора ниже моста появ-
ляется опасность подпора воды и прохода льда под мостом выше про-
ектных отметок. Кроме того, в случае несвоевременной ликвидации
затора он будет постепенно приближаться к мосту. Затор выше моста
также весьма опасен тем, что в случае его прорыва нагроможденные
друг на друга льдины могут с большой силой ударить по опоре и разру-
шить ее. Ликвидация заторов производится взрывным способом, начи-
ная с низовой стороны затора. Во время пропуска ледохода и паводка
организуют постоянное наблюдение за режимом водотока и его воздей-
ствием на искусственное сооружение. При необходимости на мостах
устанавливают круглосуточное дежурство служб наблюдения и специ-
альных бригад.
Разрушения укреплений, подмывы опор, конусов, откосов насыпей
и регуляционных сооружений и другие повреждения, создающие угро-
зу безопасности движения поездов, нужно исправлять немедленно.
Остальные повреждения устраняют в плановом порядке до наступления
следующего паводка.
30
1.5. Эксплуатационные обустройства на мостах
Для проведения работ по надзору за сооружением и его ремонту
мосты оборудуются специальными эксплуатационными обустрой-
ствами: смотровыми приспособлениями; площадками-убежищами;
аппаратурой телефонной связи; средствами энергоснабжения для ре-
монтного оборудования; механизированным инструментом; средства-
ми электроосвещения объекта; противопожарным инвентарем; конт-
рольно-габаритными устройствами; судоходной сигнализацией и др.
Смотровые приспособления должны обеспечивать удобный и без-
опасный доступ обслуживающего персонала ко всем основным несущим
конструкциям мостов. В металлических сплошносгенчатых пролетных
строениях мостов с ездой поверху внутренние поверхности главных
балок и элементов связей осматривают с внутреннего смотрового хода,
настил которого расположен на продольных связях пролетных строений
(рис. 1.12). Для облегчения осмотра внешних поверхностей главных
балок целесообразно устраивать наружные смотровые ходы. Для досту-
Рис. 1.12. Смотровые приспособления металлических сплошностенчатых
пролетных строений с ездой поверху:
1 — лестница внутреннего смотрового хода; 2 — внутренний смотровой
ход в плоскости нижних продольных связен; 3 — наружный смотровой
ход; 4 — верхняя площадка лестницы спуска на опору; 5 — лестница; б —
нижняя площадка спуска на опору
31
Рис. 1.13. Смотровые приспособления металлических решетчатых пролетных строе-
ний с ездой понизу:
1, 2 — лестницы для спуска на опору по портальному раскосу; 3 — катучая балка по
верхним, поясам; 4 — самоподъемная люлька; 5 — пути катания катучей балки;
6 — трос подвеса люльки; 7 — смотровая тележка по нижним поясам
па к внутренним частям сплошностенчатых коробчатых пролетных
строений в опорных и промежуточных поперечных диафрагмах пре-
дусматриваются специальные проходы, которые по концам пролетных
строений могут оборудоваться специальными крышками, позволяющи-
ми герметизировать их внутренние полости.
Обслуживающий персонал спускается с тротуаров проезжей части
моста к внутренним и наружным смотровым ходам, к оголовкам проме-
жуточных опор, устоев и опорным частям по специальным лестницам,
устраиваемым над каждой из опор моста.
Смотровые приспособления сквозных пролетных строений мостов
с ездой понизу, особенно при большой их высоте и длине, имеют более
сложную конструкцию (рис. 1.13). Доступ к нижним поясам главных
ферм, элементам проезжей части и нижних продольных связей обеспе-
чивается при помощи нижней смотровой тележки, перемещающейся под
пролетным строением. Осмотр и работы по содержанию верхних поясов
и элементов решетки главных ферм, поперечных и верхних продольных
связей выполняются с верхней катучей балки; к ней на тросах подвеши-
вают две самоподъемные люльки, перемещаемые в пределах высоты про-
летных строений.
Нижняя смотровая тележка и верхняя катучая балка перемещаются
вдоль пролетного строения электрифицированным или ручным приво-
дом. Самоподъемные люльки, оборудованные каждая двумя лебедками
грузоподъемностью пр 250 кг, подвешивают к катучей балке снаружи
или внутри пролетного строения.
К верхним смотровым приспособлениям поднимаются по наклон-
ным лестницам, расположенным на портальных раскосах, а к нижним -
32
по лестничному спуску на опору. Все лестницы и проход по верхним
поясам пролетных строений с ездой понизу снабжены перилами.
Поверхности опор в зависимости от их высоты, места расположе-
ния, возможности проезда под мостом транспортных средств и других
местных условий осматривают с применением переносных лестниц,
люлек, специальных временных обстроек, подъемных площадок, смон-
тированных на автомобилях, плавучих средств и др. У устоев мостов,
путепроводов и около водопропускных труб при высоте насыпи бо-
лее 2 м устраивают постоянные лестничные сходы по откосам. Несущие
элементы балочных пролетных строений с криволинейным очертанием
поясов главных ферм, арочные мосты оборудуют специальными смот-
ровыми приспособлениями в зависимости от конструкции сооружения.
Обеспечение максимального удобства осмотров и ремонта элемен-
тов искусственных сооружений в особой мере необходимо в экстремаль-
ных условиях их эксплуатации, например, на магистралях с высокими
скоростями движения поездов, в районах с суровым климатом и т. п.
В качестве примера рассмотрим созданные в Германии смотровые и ре-
монтные обустройства больших мостов, виадуков и протяженных высо-
ких эстакад высокоскоростных линий Ганновер — Вюрцбург и Ман-
гейм — Штутгарт. На всех сооружениях указанных линий применены
двухпутные пролетные строения (при величине междупутья 4,7 м)
с ездой поверху на балласте при типовой конструкции проезжей части
общей шириной 14,3 м (рис. 1.14). Основным несущим элементом осно-
вания проезжей части служит железобетонная плита, являющаяся одно-
временно верхним поясом пролетных строений. На консолях этой плиты
укреплены типовые железобетонные тротуарные блоки шириной 2,6 м,
на которых размещены гнезда опор контактной сети, короба для кабеля
и других коммуникаций, служебные проходы для обслуживающего
персонала и ограждающие их перила. Указанные блоки фиксируют одно-
временно ширину балластного корыта.
1 — железобетонное балочное (раз-
резное или неразрезное) пролетное
строение; 2 — гидроизоляция,
уложенная по верхней плите с укло-
ном 2,5 % к серед>те междупутья;
3 — типовой тротуарный блок,
включающий балку для размещения
сигналов и опор контактной сети;
4 — перила; 5 — опора контактной
сети; _ КОрО5 для кабеля и дру-
гих коммуникаций; 7 — балласт;
8 — рельсо-шпальиая решетка
Рис. 1.14. Типовая конструкция проезжей части мостов новых скоростных
линий германских железных дорог
2 Зак. 1188
33
Рис. 1.15. Принципиальная схема спе-
циального агрегата для осмотра и ремон-
та наружных поверхностей пролетных
строений и опор мостов и виадуков гер-
манских скоростных железных дорог:
1 — самоходная ходовая часть агрегата;
2 — поперечное сечение Типового пролет-
ного строения; 3 — площадки агрегата
для осмотра и ремонта пролетных строе-
ний; 4 — опора; 5 — подъемная плат-
форма агрегата для осмотра и ремонта
опор
Наибольшее применение на мостах, виадуках и эстакадах рассматри-
ваемых линий получили железобетонные балочные разрезные и нераз-
резные коробчатые пролетные строения с пролетами до 58 м.
Осмотр опор и пролетных строений эстакад небольшой высоты при
возможности проезда под конструкциями производят с помощью спе-
циальных автомобилей с подъемными площадками. Высота подъема
таких площадок достигает 30 м. Имеются также смотровые агрегаты на
рельсовом ходу, однако их использование требует прекращения движе-
ния поездов и может быть допущено лишь в отдельных случаях.
Как правило, осмотры, обследования и ремонтные работы по теку-
щему содержанию наружных поверхностей пролетных строений и опор
предусмотрено производить с помощью специального агрегата (рис. 1.15),
перемещающегося по служебным проходам сбоку от путей без наруше-
ния нормального движения поездов. При перемещении агрегата по одно-
му из служебных проходов производят необходимые работы на одной
продольной половине пролетного строения, для производства работ на
другой половине необходима перестановка агрегата на второй служеб-
ный проход. При необходимости осмотра и ремонта опор используют
Входящие в состав рассматриваемого агрегата специальные подъемные
платформы.
Самоходная тележка с шириной колеи 1,02 м перемещает агрегат
вдоль моста в регулируемом автоматическом режиме со скоростью
до 5—6 м/мин. Масса ходовой части составляет 6,5 т, общая масса агре-
гата 13 т, а масса платформы для осмотра опор 1,6 т. Все основные кон-
струкции агрегата выполнены из трубчатых элементов. Время его сбор-
ки и приведения в рабочее состояние — до 2 ч. Агрегат позволяет конт-
ролировать наружные поверхности пролетных строений строительной вы-
сотой от 3,4 до 9 м, опор с различной формой поперечных сечений и
с разным уклоном боковых граней по отношению к вертикали при вы-
34
соте до 90 м. Подъемные платформы могут использоваться для осмотра
поверхностей наклонных стоек, арок и других элементов (рис. 1.16)
с размерами сечения до 8,8x8,8 м.
Для доступа в процессе эксплуатации к внутренним поверхностям
железобетонных коробчатых пролетных строений обеспечена возмож-
ность прохода обслуживающего персонала и проезда легких транспорт-
ных средств (например, электрокаров) по всей длине моста, виадука
или эстакады с въездом и выездом через специально устроенные каме-
ры устоев (рис. 1.17). Для этого устраиваются совмещенные транспорт-
ные проемы в шкафных стенках устоев и в опорных, а также в промежу-
точных поперечных диафрагмах пролетных строений. В нижней плите
как разрезных, так и неразрезных коробчатых пролетных строений в
надопорных зонах предусматриваются специальные люки, позволяющие
осуществлять проведение работ по осмотру оголовков опор, замене
опорных частей пролетных строений, а также подачу материалов и управ-
ление люлькой, расположенной внутри надфундаментной части пустоте-
лых опор (рис. 1.18).
Стационарные воздухопроводы (рис. 1.19) — важные эксплуатаци-
онные обустройства средних и особенно больших металлических мостов.
В пределах моста на специальных уширениях служебных боковых прохо-
дов расположены воздухозаборные колонки для пневматического обо-
рудования и инструмента. Сеть снабжается сжатым воздухом от стацио-
нарной энергетической установки (при большой длине моста) или от
передвижных компрессоров.
Проезжая часть мостов длиной более 300 м, совмещенных мостов и
путепроводов, расположенных в населенных пунктах, имеет злектриче-
Рис. 1.16. Общий ицд спе-
циального агрегата при его
использовании для осмот-
ра наклонных опорных
блоков виадука с централь-
ным пролетом 116 м и вы-
сотой опор до 90 м
2*
35
Рис. 1.17. Эксплуатационные устройства в зоне устоев:
а — поперечный разрез устоя; б — горизонтальный разрез устоя и примыкающей
части коробчатого двухпутного железобетонного пролетного строения; 1 — камера
в устое; 2 — освещение; 3 — электрокар; 4 — рабочая площадка с твердым по-
крытием; 5 — специальная горизонтальная диафрагма устоя, расположенная в
уровне нижней плиты коробчатого пролетного строения; б — опорные части про-
летного строения; 7 — внутренняя полость пролетного строения; 8 — проемы для
сообщения камеры устоя с внутренней полостью пролетных строений; 9 — подъ-
ездная дорога для автомобилей; 10 — автомобиль
36
Рис. 1.18. Эксплуатационные обустройства в зоне сопряжения коробчатых пролет-
ных строений с опорами:
а — поперечный разрез; б — продольный разрез; 1 — проемы в опорных попереч-
ных диафрагмах пролетных строений; 2 — устройство для подачи люльки в по-
лость опоры; 3 — опорные части; 4 — люлька; 5 — люк в нижней плите пролет-
ного строения
ское освещение. На мостах электрифицированных участков обслуживаю-
щий персонал должен быть защищен от поражения электрическим током
высокого напряжения. Все металлические конструкции мостов и путе-
проводов, на которых крепится контактная сеть, детали крепления изо-
ляторов к неметаллическим сооружениям, отдельно стоящие металличе-
ские конструкции мостов, расположенные ближе 5 м от частей контакт-
ной сети, должны заземляться.
Зона непосредственной близости (2 м) к токонесущим частям кон-
тактной сети, опасная для производства работ на мостах злектрифициро-
Рис. 1.19. Схема устройства на мосту воздухопровода:
1 — передвижная компрессорная установка; 2 — воздухосборник; 3 — трубопро-
вод; 4 — температурный компенсатор трубопровода; 5 — воздухозаборные ко-
лонки
37

ванных линий, обозначается на элементах пролетных строений красной
линией. На путепроводах и пешеходных мостах, расположенных над
электрифицированными линиями, устанавливаются специальные пре-
дохранительные шиты и сплошной настил, ограждающие места прохода
людей от частей контактной сети.
Мосты через судоходные реки оснащаются судоходной сигнализаци-
ей. Разводные мосты ограждаются светофорами прикрытия на расстоя-
нии не менее 50 м от моста и разрешающими движение по нему только
при наведенном положении разводных пролетных строений. Кроме это-
го, с обеих сторон разводных мостов устраиваются предохранительные
тупики или путь на подходах к таким мостам оборудуется сбрасывающи-
ми башмаками или стрелками. На мостах с возгораемыми элементами
устанавливаются емкости с водой, ящики с песком, огнетушители, гид-
ропульты и другие противопожарные средства.
1.6. Особенности эксплуатации искусственных сооружений
в суровых климатических условиях
Районы с суровыми климатическими условиями, относящиеся
к северной строительно-климатической зоне, характеризуются зимами
с устойчивыми низкими отрицательными температурами воздуха и боль-
шой толщиной снежного покрова, наличием вечномерзлых грунтов и
мерзлотных процессов. Поэтому наряду с соблюдением общих требова-
ний к содержанию искусственных сооружений сети железных дорог, при-
веденных в п. п. 1.2 — 1.5, в северных условиях необходимо проведение
ряда специальных мероприятий, главные из которых изложены ниже.
Значительные трудности в обеспечении нормальной эксплуатации
мостов и труб в районах с суровыми климатическими условиями до-
ставляет вечная мерзлота.
При возведении мостов и труб, как и иных сооружений, в районах
вечной мерзлоты в зависимости от местных условий могут использо-
ваться два принципа их проектирования: из расчета сохранения вечной
мерзлоты в основаниях сооружений на весь период их эксплуатации
(принцип I) или из расчета допущения ее полного оттаивания (прин-
цип II).
Поскольку прочность вечномерзлых пород при их оттаивании, как
правило, существенно снижается, при проектировании фундаментов мос-
тов и труб в основном придерживаются принципа I, что позволяет
уменьшить их материалоемкость и стоимость строительства. Понятно,
что возможность использования этого принципа определяется тщательно
осуществляемыми и порой достаточно сложными мероприятиями по со-
хранению вечной мерзлоты как в период строительства моста, так и в
стадии его эксплуатации.
К таким мероприятиям относятся прежде всего постоянные наблю-
дения за температурой вечномерзлых пород, проводимые с использова-
38
нием специально оборудованных термометриче-
ских скважин, располагаемых вблизи сооруже-
ния, либо трубок, заделанных в сваи опор. При
повышении температур выше расчетных или
оттаивании вечномерзлых грунтов в основании
сооружений необходимо принимать неотложные
меры по укреплению и консервации мерзлых
оснований, восстановлению мерзлого состояния
протаявших вечномерзлых грунтов.
Весьма эффективным и простым способом
искусственного поддержания требуемого уров-
ня температуры вечномерзлых грунтов явля-
ется применение охлаждающих систем, работа
которых основана на свободном конвек-
тивном движении естественного холодно-
го воздуха зимой. Такую систему охлажде-
ния можно создать из металлических или
асбоцементных закрытых снизу труб-свай, по-
гружаемых в скважины на глубину охлаждае-
мой зоны основания (рис. 1.20). По сваям-
трубам происходит сток тепла из грунта в
атмосферу. Замораживание грунта вокруг та-
кой колонки (сваи-трубы) начинается при по-
нижении температуры воздуха до минус 5 °C и
Рис. 1.20. Охлаждающая
колонка:
1 — корпус колонки; 2 —
дефлектор; 3 — вытяжная
трубка; 4 — вода (лед);
5 — верхняя граница веч-
ной мерзлоты до охлажде-
ния
происходит в течение всей зимы. Верх замораживающих колонок вы-
водится над поверхностью грунта, льда, водотока не менее чем на SO-
SO см. При среднесуточной температуре воздуха выше 0 °C система
охлаждения изолируется с поверхности. Размещают охлаждающие ко-
лонки (рис. 1.21) с учетом определяемого специальным расчетом ра-
диуса нижней части конуса мерзлого грунта R, который образуется к
концу одного цикла промораживания. Применение охлаждающих систем
определяется в основном на стадии проектирования сооружения. Но при
отсутствии их и возникновении опасности деградации мерзлоты возмож-
но устройство рассматриваемых систем и в процессе эксплуатации, для
чего составляется специальный проект. При капитальном ремонте могут
сооружаться также вентилируемые галереи, выморозочные траншеи и
другие замораживающие устройства.
Толстый слой снега, покрывающий за зиму поверхность земли,
является хорошим термоизолирующим покрытием. Периодическое
удаление его позволяет быстро промораживать мерзлоту на глубину
нескольких метров. Однако при этом следует не допускать нарушения
естественного растительного покрова, так как при его разрушении воз-
никает другая опасность — быстрой деградации мерзлоты в теплое вре-
мя года из-за отсутствия естественного термоизолирующего слоя. Ука-
занная опасность многократно усиливается в период весеннего снего-
39
Рис. 1.21. Схема размещения охлаждаю-
.щих колонок у береговых (а) и проме-
жуточных (б) опор:
1 — контур фундамента; 2 — колонки;
3 — граница промораживания
таяния, когда перед сооружением возникает скопление относительно
теплых паводковых вод, которое может вызывать локальное протаива-
ние вечной мерзлоты. Во избежание скопления воды отверстия малых
искусственных сооружений расчищают от снега на полное сечение. Недо-
пустимым является также пропуск через сооружение теплых промыш-
ленных и бытовых стоков, складирование горячих отходов производства
(отвалы шлака, золы и т. п.) ближе 25 м от сооружения, устройство до-
рог под мостами и в трубах.
С целью предотвращения значительного протаивания мерзлоты
в летний период, а также укрепления и консервации мерзлых оснований
могут применяться также искусственные термоизоляционные покрытия
в виде подушек и берм из термоизоляционных материалов (керамзита,
пенопласта, минеральной ваты, шлака, дерева и т. п.). Для сооружений,
расположенных на периодических водотоках, термоизоляционные по-
крытия устанавливают на деревянных сплошных настилах из старогод-
ных шпал, на деревянных или железобетонных обрешетках, оконтурен-
ных против размыва Г-образными железобетонными блоками (рис. 1.22).
Покрытие из пенопласта укладывают на грунт без настила и при-
гружают наброской из камня. Его толщина назначается из условия недо-
пущения протаивания грунта ниже основания покрытия и определяется
расчетами. При большой толщине покрытая его можно частично врезать
в грунт.
Эффективность работы термоизоляционных покрытий, устраивае-
мых в конце зимы на сезоннопромерзшем грунте, определяется, с од-
Рис. 1,22. Термоизоляционные покры-
тия у опоры моста из деревянного на-
стила или пенопласта (слева) или в ви-
де отсыпки (справа):
1 — каменная наброска; 2 — настил;
3 — уровень воды; 4 — положение
ВГВМ после устройства термоизоляци-
онного покрытия; 5 — то же до устрой-
ства; б — теплоизоляционный матери-
ал; 7 — контурный блок
40
ной стороны, слабым проникновением тепла через это покрытие летом
из-за малой его теплопроводности, а с другой — увеличенным проникно-
вением холода зимой к грунтам основания покрытия благодаря повы-
шенному коэффициенту теплопроводности термоизоляционного покры-
тия, которое почти всегда находится во время промерзания в водонасы-
щенном состоянии. Термоизоляционные покрытия не должны стеснять
отверстие сооружения более чем на 10—15 %.
При содержании искусственных сооружений, запроектированных
и построенных из расчета допущения полного оттаивания вечной мерз-
лоты (принцип П), необходимо следить за тем, чтобы процесс оттаива-
ния происходил равномерно, и регулировать его.
Кроме вечной мерзлоты, значительную опасность для сооружений
в северных строительно-климатических зонах представляют наледи.
Наледями принято называть ледяные толщи и поля, которые ежегодно
зимой в сильные морозы образуются в речных долинах в результате
послойного намерзания излившейся на поверхность воды. Изливается
она потому, что водотОк в этом месте промерз до дна, а в русле и речных
наносах выше по течению вода еще есть. Вырываясь на лед и растекаясь
тонким слоем, вода быстро замерзает. Наледи речных вод кончают рас-
ти уже в декабре, а те, которые получают воду из глубоких подземных
горизонтов, растут до весны и достигают наиболее крупных размеров.
Неблагоприятные воздействия наледей на сооружения проявляются
весьма разнообразно. Заполнение отверстий мостов и труб льдом приво-
дит к снижению водопропускной способности этих сооружений в весен-
ний период, переливам паводковых вод через насыпь и к размыву по-
следних. Горизонтальные давления льда на элементы сооружений при
его термическом расширении, а также вертикальные воздействия при об-
разовании наледных бугров могут вызывать деформации опор мостов
и разрушение труб, повреждения конусов подходных насыпей. Длитель-
ный контакт наледи с элементами конструкций обусловливает размо-
раживание поверхностного слоя бетона и его выщелачивание. Отепляю-
щий эффект наледи, проявляющийся в обводнении грунтов, может при-
водить к деградации вечной мерзлоты.
ПротивоналеднЫе мероприятия на малых мостах и трубах проводят-
ся в случаях, когда их отверстия перед проходом паводка заполняются
льдом более чем на половину. В борьбе с наледями важную роль играют
специальные предупредительные устройства постоянного типа, устраивае-
мые при строительстве или при капитальном ремонте сооружения и обес-
печивающие либо задержание наледи и наледной воды с верховой сторо-
ны, либо пропуск наледной воды в низовую сторону перехода.
Причиной нарушения нормальной эксплуатации малых мостов и
труб в суровых климатических условиях может также явиться мороз-
ное пучение водонасыщенных грунтов. При взаимодействии уве-
личивающегося в объеме промерзающего водонасыщенного грунта
(в пределах слоя сезонного замораживания и оттаивания) с фундамен-
41
том опоры по боковым граням фундамента возникают направленные
вверх силы. Если эти силы превысят действующую на фундамент на-
грузку от собственного веса сооружения, то опора начнет перемещаться
вверх по мере развития пучения. Выпучивание опор мостов может
приводить к существенным неисправностям пути и перебоям в движении
поездов.
При проектировании искусственных сооружений в северной строи-
тельно-климатической зоне обязательным является расчет опор на воз-
действие сил морозного пучения грунтов и применение при необходимо-
сти специальных мероприятий для их предотвращения. Противопучин-
ные мероприятия в основном сводятся либо к замене окружающего фун-
дамент грунта на непучинистый, либо к исключению (или резкому
уменьшению) сил сцепления в контакте фундамента с пучинистым
грунтом.
В процессе эксплуатации моста выполнение такого рода мероприя-
тий без перерыва движения поездов затруднительно. Поэтому, если на-
блюдается перемещение опор вверх (что заметно по изменениям профи-
ля железнодорожного пути), необходимо принятие специальных реше-
ний по его устранению, главным образом, при капитальном ремонте.
При текущем содержании силами дистанций пути в качестве противопу-
чинных мероприятий используются: обсыпки фундаментов непучини-
стым материалом (гравием, крупным песком, шлаком); устройство
защитных покрытий боковых поверхностей фундамента в виде банда-
жей из асбоцементных листов, пленки, пластика, а также обмазка битум-
ной мастикой, мазутом, солвдолом; устройство термоизоляционных
покрытий; применение охлаждающих систем.
Противопучинные обсыпки фундаментов сооружений на вечномерз-
лых основаниях рекомендуется устраивать в траншеях шириной не бо-
лее 1 м с вертикальными гранями. Заполнять траншеи гидрофобным
глинистым грунтом необходимо с тщательным трамбованием.
Устройство термопокрытий осуществляется по схемам рис. 1.22
и выполняется: осенью, до начала промерзания грунтов, — для фунда-
ментов сооружений на талых основаниях; весной — для фундаментов
сооружений на мерзлых и протаивающих основаниях с целью использо-
вания эффекта повышения верхнего горизонта вечной мерзлоты (для
увеличения анкеровки фундамента в мерзлом грунте).
Мероприятия по пропуску паводковых вод через искус-
ственные сооружения, изложенные в п. 1.4, применимы и в северных
условиях. Но специфика состоит в том, что в вечномерзлых грунтах не-
возможно углубление pjcna под мостом. Кроме того, общие и местные
размывы вечномерзлых грунтов в значительно меньшей степени под-
даются прогнозированию, нежели размывы немерзлых грунтов. В этой
связи полезным является профилактическое мероприятие, уменьшающее
размывы русла — устройство мощения наброской из бутового камня
размером 30—40 см. Такое мощение, кроме того, играет и другую по-
42
ложительную роль — является эффективным способом охлаждения про-
таивающей мерзлоты. Зимой в результате кондуктивного и конвектив-
ного теплообмена через каменную наброску холод интенсивно поступа-
ет к основанию. Летом же происходит только кондуктивная передача
тепла, так как прекращается конвекция из-за застаивания в пустотах за-
сыпки (пористость которой составляет 40—50 %) охлажденного воздуха.
Вследствие использования каменной наброски по двоякому назна-
чению размеры мощения в плане зависят как от характера русловых
процессов (мест размыва и движения наносов), так и от величины
требуемой зоны охлаждения основания. Толщина наброски в зоне проме-
жуточных опор мостов должна быть не менее 1 м, а при мощении кону-
сов насыпей и откосов регуляционных сооружений — не менее 0,5 м.
При существующем дефиците камня в ряде регионов (например, в при-
полярной тундре) взамен его применяют и другие конструкции моще-
ния, к примеру, мешки из геотекстиля (дорнита), заполненные песко-
цементом (смесью мелкого песка с низкомарочным цементом в пропор-
ции 3 : 1).
Важной особенностью эксплуатации подмостовых русел в северных
условиях также является то, что малые водотоки здесь полностью про-
мерзают до дна еще в начале зимы. И ледохода, как такового, в паводок
не наблюдается, т. е. таяние ледового покрова и наледей происходит
обычно на месте (хотя при проектировании опоры мостов рассчитывают
на воздействие существенных по величине ледовых нагрузок). Что же
касается больших северных рек, то ледоход на них практически не от-
личается от ледохода в обычных условиях.
Глава 2
ОБСЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ. ОСНОВНЫЕ
ПОВРЕЖДЕНИЯ МОСТОВ И ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

2.1. Задачи обследования и классификация повреждений
Задачи обследования. Основная задача обследования мостов и труб
заключается в оценке их физического состояния и проверке соответ-
ствия его установленным требованиям. Обследование проводят перед
испытаниями сооружений, перед вводом их в эксплуатацию или периоди-
чески во время эксплуатации. Обследования могут проводиться и как
самостоятельный вад работ в процессе эксплуатации с целью проверки
состояния сооружений. При обследовании мостов и труб перед сдачей
их в эксплуатацию основной задачей обследования является установле-
ние соответствия сооружения утвержденному проекту и требованиям
к качеству выполненных работ.
При регулярных обследованиях эксплуатационных мостов и труб
основное внимание обращается на выявление их состояния и его соответ-
ствие установленным требованиям. Обследования эксплуатируемых
сооружений могут проводиться и для решения специальных вопросов:
разработки проектов реконструкции, усиления и ремонта; уточнения
расчетной грузоподъемности, надежности и долговечности и др.
Обследование эксплуатируемых мостов и труб выполняют дистан-
ции пути, мостоиспытательные станции служб пути управлений дорог,
Главного управления пути МПС, научно-исследовательских и учебных
институтов. Работам по обследованию предшествует тщательное изуче-
ние технической документации. При обследовании детально осматривают
все части сооружения. Если необходимо, осмотр сопровождается инстру-
ментальными измерениями. Выявленные на основании общего осмотра
узлы и элементы с повреждениями или их признаками исследуют при
помощи приборов и инструментов. В необходимых случаях определяют
качество материала конструкций, его механический характеристики,
геометрические размеры элементов и сооружения в целом. Особое вни-
мание при обследовании мостов уделяется элементам и узлам с низкой
грузоподъемностью и надежностью, элементам, в которых ранее отмеча-
лись Повреждения. Для проверки положения различных частей сооруже-
ния в горизонтальной и вертикальной плоскостях производят съемку
плана и профиля.
Искусственные сооружения обследуют по заранее разработанной
программе, результаты обследования регистрируют в специальных
журналах, в которых делают зарисовки и эскизы. Характерные повреж-
44
дения фотографируют. По материалам обследований оценивают состоя-
ние и качество сооружения, пригодность к дальнейшей эксплуатации,
определяют, грузоподъемность и надежность, разрабатывают рекоменда-
ции по повышению надежности и долговечности, регламентируют усло-
вия эксплуатации и т. п. Если необходимо, материалы обследований
дополняют данными испытаний сооружения в целом или отдельных его
элементов.
Результаты обследований оформляют в виде актов, заключений, от-
четов после обработки и анализа полученных материалов.
В актах и заключениях дают краткое описание сооружения; пере-
чень выполненных работ; основные результаты и их анализ; выводы
о возможности пропуска нагрузок по сооружению и его дальнейшей
эксплуатации.
В отчетах приводят описание конструкций сооружения с данными
из проектной и другой технической документации, необходимыми для
обоснования выводов. Кратко описывают технологию строительства
с указанием допущенных отступлений, а также дефектов, возникших
при строительстве. Более подробно дают описание результатов осмотра
сооружения с детальным анализом повреждений (дефектов), а также ре-
зультатов контрольных измерений и инструментальных съемок.
Отчет заканчивается выводом о состоянии сооружения с рекоменда-
циями по устранению обнаруженных повреждений (дефектов) и указа-
нием мероприятий по их предупреждению, а также условий дальнейшей
эксплуатации.
Классификация повреждений. В настоящее время накоплен большой
опыт эксплуатации мостов и труб при различных условиях их работы
(по уровням нагруженности, по климатическим условиям, по интенсив-
ности движения и грузонапряженности и др.) и длительности сроков
службы. Этот опыт широко используется при прогнозировании характе-
ра повреждений, возникающих в процессе длительной эксплуатации,вы-
яснении причин их появления и скорости развития; оценке влияния
повреждений на грузоподъемность и долговечность, безопасность движе-
ния поездов и т. д.
Информация, получаемая непосредственно с эксплуатируемых
сооружений, наиболее достоверна, так как она комплексно отражает
все процессы действительной работы конструкций, чего трудно добить-
ся даже при самых совершенных лабораторных испытаниях. Поэтому
эксплуатационная проверка сооружений всегда служит главным крите-
рием оценки их долговечности и надежности и является важным источ-
ником для уточнения методов расчета, совершенствования методов их
проектирования и технологии изготовления.
Классификацию повреждений (дефектов) мостов и труб произво-
дят по следующим признакам: по виду повреждения, степени опасности,
длительности развития до опасной стадии, принадлежности к определен-
ным частям конструкции, частоте появления (массовости).
45
По виду различают следующие повреждения: расстройство за-
клепочных и болтовых соединений; усталостные повреждения в виде
трещин в элементах или полного их разрушения; коррозия; потеря
местной или общей устойчивости отдельных элементов или их частей;
трещины; механические повреждения; просадки; сдвиги; разруше-
ние гидроизоляции и т. д.
По скорости развития до опасной стадии повреждения
разделяют на: мгновенно развивающиеся (трещины при хрупком разру-
шении, потеря устойчивости и т. п.); быстро развивающиеся (например,
усталостные макротрещины); постепенно развивающиеся (расстрой-
ство болтовых и заклепочных соединений, коррозия и т. п.).
По степени опасности повреждения могут быть: весьма
опасные, которые с высокой вероятностью могут быстро привести к
прекращению эксплуатации сооружения или его разрушению (трещины,
Приводящие к хрупкому разрушению; потеря устойчивости формы
отдельных элементов или пролетного строения и др.); опасные, кото-
рые могут привести к серьезным нарушениям нормальной эксплуатации
(например, расстройство заклепочных соединений; усталостные трещи-
ны; развитие сильной коррозии и др.); малоопасные, которые ухудша-
ют условия работы конструкции, оказывая некоторое влияние на раз-
витие других повреждений (например, перекос катков опорных частей).
По принадлежности к определенным частям сооружения
повреждения разделяют на: повреждения балок проезжей части; главных
ферм или главных балок; связей; опор; регуляционных сооружений
ит. д.
По частоте появления (массовости) повреждения могут
быть: массовые, имеющие очень широкое распространение; часто встре-
чающиеся; редко встречающиеся.
22. Обследование подмостового русла и регуляционных сооружений
Нормальная работа подмостового русла характеризуется отсутстви-
ем резких изменений его положения в плане в пределах мостового пере-
хода, а также отсутствием подмыва опор, конусов насыпи и регуляцион-
ных сооружений. Причинами нарушения его нормальной работы могут
служить недостаточное отверстие моста, не отвечающие требованиям ре-
гуляционные сооружения, неудовлетворительные укрепления откосов,
конусов насыпи и дна реки.
Для выявления причин нарушения нормального состояния подмосто-
вого русла и неудовлетворительной работы регуляционных сооружений
необходимо иметь статистические данные об условиях протекания воды,
паводках, ледоставах и ледоходах. Условия протекания характеризуют-
ся горизонтами воды (высоким, меженным) и соответствующими им
скоростями и направлением течения.
46
Рис. 2.1. Места промеров глубин во-
круг опор (стрелка указывает направ-
ление течения)
При обследовании подмостового русла следует обращать внимание
на наличие отклонений в положении русла как в плане, так и профиле.
Особенно опасны различного рода подмывы опор и берегов вблизи на-
сыпи и регуляционных сооружений.
Наблюдения за изменением профиля дна реки ведут путем перио-
дических промер,ов ру с ла. Промеры глубин русла обычно
производят по оси моста и на 25 м выше и ниже по течению в зимнее
время перед паводком и в весеннее после спада высокой воды. При
устойчивом русле глубины проверяют только по оси моста, а при не-
устойчивом — на большем количестве створов, а также вокруг опор.
В каждом створе точки промеров выбирают таким образом, чтобы
можно было получить ясное представление об очертании профиля дна
реки. Промеры глубин при отверстиях более 50 м делают примерно че-
рез 10 м, а менее 50 м — через 5 м. При этом для лучшей привязки точ-
ки промера глубины рекомендуется выбирать в створе узлов ферм.
Промеры глубины вокруг опор выполняют с интервалом 0,5 —
1,0 м, детально обследуя наиболее вероятные зоны размыва русла у но-
совой и кормовой частей опоры (рис. 2.1) .Зоны размыва у регуляцион-
ных сооружений (струенаправляющих дамб и траверс) наиболее часто
наблюдаются около их концов. В этих зонах обычно проводят промер
глубин с интервалом 2—5 м (рис. 2.2).
Глубины измеряют различными способами. При большой глубине
применяют тонкий трос ,или веревку с привязанным на конце грузом.
В особых случаях при очень больших глубинах и сильных течениях ис-
пользуют специальный прибор —эхолот, принцип работы которого осно-
ван на определении времени прохода отраженной от дна реки радио-
или звуковой волны. Зная скорость распространения радио- и звуковых
волн в воде, можно определить глубину.
Для определения глубины погружения троса или веревки на них
через каждые 20 см закрепляют специальные метки. При небольшой
глубине реки для промеров используют рейку с укрепленным на ее
нижнем конце поддоном для предотвращения погружения рейки в грунт
при установке на дно.
Промеры русла производят непосредственно с моста или с лодки.
Для фиксации точек измерения глубины в створе при небольшой шири-
не реки натягивают проволоку или веревку. Точки промера глубин на
больших реках фиксируют путем визирования с лодки на вешки, уста-
новленные в створе на обоих берегах реки и на соответствующие узлы
47
ТйП ЕН
Рис. 2.2. Места промеров глубин около струенаправляющей дамбы (рим-
скими цифрами обозначены номера створов точек промеров)
Рис. 2,3. Поперечный профиль русла по оси моста
48
ферм пролетных строений. Положение створов фиксируют специальны-
ми свайками. На незатоплейных участках профиль русла в створе сни-
мают путем нивелирования.
Результаты промеров привязывают к реперам и представляют в виде
поперечных профилей русла (рис. 2.3). Для наглядности поперечные
профили русла реки вычерчивают с различными масштабами по длине
и высоте. Размеры по высоте откладывают в более крупном масштабе,
чем размеры по длине. Сравнивая профили, снятые в разное время,
устанавливают изменения и выявляют места и величину размывов и на-
носов грунта.
2.3. Съемка плана и профиля мостов и труб
Съемку плана и профиля моста производят при приемке и периоди-
чески повторяют в процессе его эксплуатации. Характеристики плана и
профиля моста, полученные по окончании его строительства или рекон-
струкции, позволяют оценить правильность положения элементов моста
в пространстве, кащство его исполнения.Сравнение результатов съемки,
полученных в различные периоды эксплуатации сооружения, дает воз-
можность проследить за изменениями положения отдельных частей со-
оружения в пространстве, получить материал для установления причины
их возникновения и в случаях опасных отклонений принять меры по их
устранению или прекращению дальнейшего развития..:
Съемку плана и профиля выполняют геодезическими инструмента-
ми. Для исключения ошибок и повышения точности съемку произво-
дят не менее двух раз с разных стоянок. В журналах записи отсчетов от-
мечают условия, При которых производили съемку: погоду, температу-
ру воздуха, типы и точность применяемых геодезических инструментов,
реперы и др- Места установки реек отмечают краской или керном на эле-
ментах конструкций, о чем делают специальные записи на графиках или
в пояснительных записках, чтобы при повторных съемках были приняты
те же точки. Высотные отметки следует, как правило, увязывать с по-
стоянными геодезическими реперами. На сооружениях, расположенных
на вечномерзлых грунтах или рассчитанных на работу при сохранении
вечной мерзлоты, необходимо измерять температуру грунта в имею-
щихся термометрических трубках.
Нивелировку главных ферм металлических пролетных строений
мостов производят по уздам, устанавливая рейку в каждом из них
в одних и тех же местах (например, на горизонтальных листах попереч-
ных балок у узлов ферм), а на железобетонных балочных пролетных
строениях — не менее чем в трех точках (в середине пролета и у опор)
с каждой стороны пролетного строения. Если в местах установки реек
на металлическом пролетном строении число листов меняется или встре-
чаются накладки, то При обработке результатов нивелирования учитыва-
ют их толщину, приводя съемку к одному уровню. Одновременно со
49
a)
Превышение над линией, соедини- ющей опорные точна рельса,™	низового	to£- го ojtotorrjeMtoy; ^Jmo^cmojSV^oo^co + +44 44 4 + 44++ +	II + 1-+ + 4- + ++1-+ +													
	верхового	0 + 7 *5 + 9 +74 +18 +24 +25 +79 +19 + 21 + 14 + 6 + 3 0 0 +2 + 4 + 74 \+13\ +16 + 22 + 22 +22 +22 + 24 + 15 + 8 + 3 0													
Переносы пути, мм		4+ 8- !- 4 - 4- Z- 0 г+ i+ 0 0 z + 6+ 1+ 7+ 1+ 0 2+ 1+											t-m о 4		ь to -4- i l f
Отметки по головкам рельсов, мм	низового	op to to ом to gc 0^04 CM CM CM CM CM о to to to to to to to					100,263 100,260 100,261 100,264 100.257 100.252		100.253 100,253 100,255 100,254 100,258 100.263		со см о» См 04 СХ to to' to to оз to	100,281 100,282 100,282 100.281		£ to to CM 04 CM CM to" to to to' to to to to	
	верхового	100,230 100,238 100.239	& С: to		<= С	СО (С 04 См ’«=3 to to -S		100,260 100,261 100,265 100,259 100,252 100.251 100.249		г-~ t=3	Со СО СП »- Lo to из СО СО 1	Гм	г— со 04 OJOJOJ 04 04 Ом См 04 См О, to'to’to'to'toto' to to сз to’to to coto to to to to to tototo				100,273 100,267 100.262 100,260	
Строительный подъеме глав- пых ферм, мм	низовой	to to г- 4 4		+20 +15 +21 +17	to to			<J*-	tototo СМЕТ) ro Cm	to	8 4	co to 04 0+		to Ч+* 4		to
	верховой	to 22 Сг V 4		4 4 4 4	to cp			2? co to to to co to tote T 1 4	4 ТУTT	к	04 f	4— to -rf- 04 Cm 5*. 4 4 4	4	't	4	to
Переносы поясов срерм.т		=р	V ।	гъ .& to to CO 04 Til	44			СЭ 04 Юог- to to to too + +	4 4 м- ТУТ -»- T			T	to <4 ю	-s$ 4	4	4	T
Отметки нажни* поясов ферм, мм	низовой.	to too» tototo to^co to <xT eo=c to «>cr		to to «-"э to to o- op cq to to to cc co co CO CC to to to to	cm co to ’to Cr	to ’to cr	CM -з£ to to to«3 ’eOto Cno-	98.681 98,679 98,678 98,670 98,670 98,670 98,673 98,681 98,685 98,685 98,688		to co sf	98,691 98,685 98,688 98,685 98,676 98,679				to to
	верховой	cn -Э- to to	98,664 98,662 38,667 98,672 98,678 98.680 98,688: 98,682 98,682 98,686 98,686 98,679 98,679 98,675 98,680 98.686 98.690 98.697 98,699 98,696 98,703							s co to	98,701 98,700 98.794 98,689 98.683			to eo co ‘co to	198,679
------Верховая ферма или. рельс; ----------низовая ферма или рельс
Рис. 2.4. Продольный профиль рельсового пути (а) и нижних поясов главных
ферм (б) моста
50
съемкой профиля главных ферм и балок проезжей шсти нивелируют
подферменники и рельсовый путь.
Результаты съемки представляют в виде графиков (рис. 2.4). Плав-
ное очертание йрофиля при наличии достаточного строительного подъема
свидетельствует о хорошем качестве изготовления и монтажа пролетных
строений. Неудовлетворительное очертание профиля может быть след-
ствием ошибок и низкого качества работ, допущенных при изготовлении
и монтаже пролетных строений и опор, а также чрезмерных деформаций,
возникших при эксплуатации.
Для того, чтобы установить причину неудовлетворительности профи-
ля, необходимо сравнить полученные результаты с данными предыду-
щей нивелировки. Если выяснится, что значительные отклонения прои-
зошли в процессе эксплуатации моста, то необходимо оценить степень
их влияния на условия эксплуатации, выявить причины и в случае необ-
ходимости принять меры по обеспечению безопасности движения, уста-
новить за мостом специальные наблюдения. При незначительных измене-
ниях в профилях эксплуатируемых мостов рекомендуется тщательно
проанализировать причину и оценить возможность их дальнейшего раз-
вития.
Съемку плана главных ферм и пути выполняют при помощи теодо-
литов, нивелиров или натянутой по оси моста проволоки, от которой
отмеряются расстояния в поперечном направлении до проверяемых
точек. За ось пролетного строения принимают линию, соединяющую
средние точки в опорных поперечниках.
Съемку плана пролетных строений обычно производят по узлам
поясов главных ферм, в плоскости которых находится проезжая часть.
Однако желательно съемку плана'делать в плоскости верхних и нижних
поясов, так как это дает возможность установить величину и характер
поперечных перекосов пролетных строений.
Результаты съемки плана главных ферм и пути представляют в виде
графиков (рис. 2.5). Правильность положения главных ферм в плане
зависит главным образом от точности изготовления и сборки пролетного
строения. В случае резких отклонений отдельных узлов ферм от их про-
ектного положения надлежит обследовать состояние поперечных и про-
дольных связей и их прикреплений. При значительных отклонениях
элементов пролетного строения в плане необходимо проверить расчетом
их влияние на изменение условий работы (перегрузки) элементов кон-
струкции, а при езде по низу, кроме того, выполнение требований га-
барита.
Водопропускные трубы нивелируют обычно по лотку. Когда непо-
средственная нивелировка трубы по лотку затруднена (Глубокий водо-
сток, наносы и др.), трубы нивелируют по замку (круглые трубы) или
посередине ригеля (прямоугольные трубы). При этом данные нивели-
ровки используют для косвенной оценки профиля лотков.
Положение звеньев труб в плане фиксируют: у круглых труб —
в уровне горизонтального диаметра, у прямоугольных — посередине
51
Ординаты ферм, мм	низовая	0	40	+5	-2	*3	+5	+3	+7	*2	+3	+3	+5	0
	верховая	0	45	+8	+5	+4	♦8	43		+ 7	40	*6	♦5	0
Отклонение оси пути от оси моста, мм		40	*5	♦3	-0	-2	-з	-1	4	-3	-2			-з
Отклонение оси пролетного строения от оси моста, мм		-2	43	+ 7	*2	♦4	+ 7	42	+9	+5	+8	+5	♦6	+7
высоты звеньев путем измерений по рейке с уровнем относительно про-
волоки, натянутой по центрам концевых звеньев, или непосредственно
с помощью теодолита илинивелира.
При обнаружении просадок или кренов опор, смещений пролетных
строений, развитии трещин, деформаций водопропускных труб (напри-
мер, возрастании овальности круглых труб) необходимо устанавливать
специальные наблюдения. Виды наблюдений и их периодичность назна-
чают в зависимости от характера и скорости протекаемых явлений. Дли-
тельные наблюдения выполняют мостостанции, научные (учебные) орга-
низации или непосредственно сотрудники дистанций пути.
2.4. Основные повреждения металлических пролетных строений
Характерными повреждениями металлических пролетных строений
являются: расстройство заклепочных и болтовых соединений, уста-
лостные трещины, коррозия и механические повреждения. Сравнитель-
но редко встречаются хрупкие разрушения и потеря устойчивости.
Повреждения металлических пролетных строений являются след-
ствием многих причин, к которым прежде всего относятся: низкое ка-
чество металла и изготовления конструкций; конструктивные недо-
статки; несоответствие расчетных предпосылок действительным усло-
виям работы; плохое содержание сооружения; особенности климатиче-
52
ских условий; вид перевозимых грузов; несоблюдение габаритности
подвижного состава; характер воздействия подвижной нагрузки и др.
Расстройство заклепочных соединений. Это одно из наиболее рас-
пространенных и прогрессирующих повреждений эксплуатируемых
клепаных пролетных строений железнодорожных мостов. Главная при-
чина расстройства заклепок — механический износ соединений, который
зависит, главным образом, от величины взаимных суммарных переме-
щений (сдвигов) соединяемых элементов по поверхностям их контак-
тов. Суммарные сдвиги в свою очередь находятся в прямой зависимости
от интенсивности движения поездов, напряженного состояния соедине-
ний, характера динамического воздействия нагрузки. Большое влияние
на скорость износа оказывают конструктивные особенности соединения
и среда, в которой они работают, качество изготовления и другие фак-
торы.
Расстройство заклепочных соединений — серьезное повреждение,
которое наряду с увеличением динамического воздействия усилий на
прикрепляемый элемент и соединение,  деформативности соединений
и пролетного строения в целом, приводит к значительному повышению
концентрации напряжений у заклепочных отверстий. Коэффициент кон-
центрации напряжений для заклепочных отверстий в зависимости от
степени износа соединения может изменяться в несколько раз. С воз-
растанием концентрации напряжений около заклепочных отверстий
увеличиваются скорость накопления усталостных повреждений и вероят-
ность появления усталостных трещин, особенно в элементах, работаю-
щих при многократно повторяемых знакопеременных или переменных
растягивающих усилиях. Поэтому, как правило, усталостным разруше-
ниям элементов с заклепочными соединениями предшествует расстрой-
ство заклепок. Расстройство заклепочных соединений — длительный
процесс. Оно неуклонно растет по мере увеличения срока эксплуатации
сооружения.
В связи с износом соединения изменяется характер передачи в нем
усилий. В результате значительного расстройства заклепок обеспечивает-
ся доступ к кромкам отверстий влаги и агрессивных газов, способствую-
щих появлению коррозии и ускорению процесса развития усталостных
и коррозионно-усталостных трещин, возникающих на кромках отвер-
стий в зонах максимальной концентрации напряжений.
В главных фермах расстройство заклепок наиболее часто наблюдает-
ся в прикреплениях раскосов (особенно средних) и подвесок к верх-
ним узлам; в прикреплениях элементов продольных и поперечных свя-
зей между главными фермами и в пересечениях элементов решетки
главных ферм и связей. В прикреплениях раскосов и подвесок к ниж-
ним узлам главных ферм слабые заклепки встречаются пока очень
редко.
В проезжей части расстройство заклепочных соединений в первую
очередь наблюдается в прикреплениях продольных балок к попереч-
53
ним, особенно при отсутствии ’’рыбок”, и в прикреплении верхних
поясных уголков к стенкам продольных балок. Часто расстраиваются
прикрепления элементов продольных и поперечных связей между про-
дольными балками.
Расстройство заклепочного соединения происходит неравномерно.
Сначала ослабляются заклепки крайних наиболее напряженных попе-
речных рядов. Заклепочные соединения с односрезными заклепками,
при прочих равных условиях, расстраиваются быстрее, чем с двухсрез-
ными.
Слабые заклепки обнаруживают остукиванием их молотком мас-
сой около 0,2 кг. Эту операцию выполняют следующим образом. Уда-
рив сбоку по головке заклепки молотком, приставляют палец к месту
О' 1' 2' 3'4' 5'6' 7'8' 9'№'
п’ i' •>' i't' к' к' >' й'
Г 2' 3' V 5' 6 Т в' 9' IV 1Г
1' 2' 3' 4' 5’ 6' 7' В' У 10' 11'
0 12 3 4 5 6  7 8 9 10 11 12 13 14
Lp=66,14*
Рис. 2.6. Раскосы главных ферм, в которых наиболее часто
возникают усталостные разрушения (выделены жирными
линиями)
54
удара и вновь ударяют по головке заклепки с противоположной сто-
роны. Если заклепка слабая, то палец почувствует при этом легкое дро-
жание головки. Чувствительность этого способа повысится, если вместо
пальца к головке заклепки прижать специальный стальной стержень
длиной 10—12 см и толщиной 5—6 мм с утолщением на конце. Слабую
заклепку можно определить и по звуку: при ударе она издает глухой
дребезжащий звук. Ржавые потеки из-под головок заклепок или по
контактам соединяемых элементов, а также трещины в окраске около
заклепочных головок обычно являются внешними признаками неудов-
летворительного состояния соединения. При наличии этих признаков
производят детальную проверку остукиванием всех заклепок соеди-
нения.
Обнаруженные слабые заклепки следует заменять высокопрочными
болтами. Замена слабых заклепок высокопрочными болтами приводит
к резкому снижению концентрации напряжений около отверстий, в кото-
рые вместо заклепок поставлены высокопрочные болты, а также к
уменьшению деформативности соединения и, следовательно, его износа,
в связи с чем замедляется расстройство оставшихся в соединении за-
клепок.
Усталостные повреждения элементов клепаных пролетных строений.
Усталость материала — это процесс постепенного накопления поврежде-
ний при действии многократно повторяемых изменений напряжений,
приводящий в определенных условиях к усталостному разрушению,
которое происходит в результате постепенного развития трещины. Свой-
ство материала противостоять усталости называется выносливостью.
Усталость — процесс избирательный, происходящий, как правило,
в локальных зонах элементов конструкций, где наблюдается максималь-
ная концентрация напряжений. Излом усталостного разрушения имеет
характерные начальные пятна усталости, образующиеся на участках за-
рождения трещин усталости.
Наиболее серьезные и весьма опасные усталостные повреждения эле-
ментов главных ферм клепаных пролетных строений железнодорожных
мостов пока зарегистрированы в раскосах и подвесках. Первые усталост-
ные разрушения раскосов на железнодорожных мостах России были
обнаружены в 1941 г. К настоящему времени отмечено несколько сотен
усталостных повреждений раскосов (рис. 2.6). В начале усталостные по-
вреждения раскосов возникали на пролетных строениях, изготовленных
в конце прошлого и начале текущего столетий из сварочного и литого
железа, а в 60-х годах стали появляться аналогичные повреждения раско-
сов пролетных строений,изготовленных из малоуглеродистой стали мар-
ки Ст. 3 и рассчитанных по нормам 1931 г. под нагрузку Н7 и Н8. Уста-
лостные повреждения подвесок на железнодорожных мостах нашей
страны встречаются пока редко.
Все усталостные трещины имеют начало в зонах максимальной кон-
центрации напряжений у кромок заклепочных отверстий первого, второ-
55
Рис. 2.7. Усталостные тре-
щины в раскосах
го и, очень редко, третьего поперечного ряда
заклепок, считая от середины элемента
(рис. 2.7). Развитие трещины происходит в
поперечном направлении к продольной оси
элемента.
Трещина зарождается в зоне пересечения
кромки отверстия с плоскостью, перпендику-
лярной продольной оси раскоса и проходящей
через центр отверстия. Иногда ее начало имеет
смещение до 1 /5 диаметра отверстия вдоль оси
раскоса по направлению к его концу. При
этом характерное пятНо усталости располагает-
ся, как правило, в вершине угла, образованно-
го поверхностью контакта раскоса с фасонкой
и стенкой отверстия. На рис. 2.8 показан
характерный вид усталостной трещины в рас-
косе и излом полки уголка. На этом рисунке
отчетливо видна начальная эона усталостного разрушения. В этих зонах
имеет место максимальная концентрация напряжений.
Появлению усталостных трещин, всегда предшествует расстройство
заклепок на участке прикрепления элемента, где возникла трещина.
Усталостные повреждения эа редким исключением отмечены в раско-
сах и подвесках, прикрепленных односрезными заклепками.
Нередко усталостные трещины возникают в элементах связей между
главными фермами. Трещины обычно развиваются от кромок закйе-
почных отверстий на участках прикрепления элементов связей к фасон-
кам. Эти повреждения связаны с чрезмерными колебаниями связей при
проходе поезда.
Усталостные повреждения являются одним из наиболее распростра-
ненных и прогрессирующих повреждений балок проезжей части и их
прикреплений. Чаще всего они бывают представлены трещйнами-выко-
лами в горизонтальных полках верхних поясных уголков продольных
балок. Трещины возникают на участках под мостовыми брусьями около
обушков уголков и вначале развиваются вдоль уголка, а затем изменяют
свою траекторию в поперечном направлении с последующим выходом
на кромку уголков (рис. 2.9). В результате в полке уголка под мосто-
вым брусом получается своеобразный ’’вьгкол”. Повреждения такого
типа имеют место как во внутренних, так и в наружных поясных угол-
ках. Первые трещины-выколы были зафиксированы в 30-х годах теку-
щего столетия. К настоящему времени на железнодорожных мостах
зарегистрировано несколько тысяч трещин-выколов. Как правило, они
появляются в балках, не имеющих верхних горизонтальных поясных
листов. Однако, уже отмечены случаи их возникновения и при наличии
горизонтальных листов. Аналогичные повреждения наблюдаются и в
поясах главных балок или ферм при непосредственном опирании на них
мостбвых брусьев.
56
Основная причина возникновения этих трещин состоит в том, что
давление мостовых брусьев вызывает в горизонтальных полках поясных
уголков высокие местные напряжения, которые в ряде случаев превос-
ходят напряжения, вызванные изгибающим моментом продольных ба-
лок в вертикальной плоскости. Проведенные испытания показали, что
нормальные напряжения около обушка уголка в поперечном направле-
нии при воздействии обращающихся нагрузок достигают 150—200 МПа.
Изменение этих напряжений от максимума почти до нуля происходит
при прокатывании каждого колеса поезда, т. е. с большой повторяе-
мостью. Сочетание высоких переменных напряжений с большим числом
циклов их изменения приводит к появлению усталостных трещин. Эти
повреждения существенно снижают несущую способность балок и без-
опасность движения поездов. Их устранение связано со значительными
затратами.
В 60-х годах текущего столетия начали появляться усталостные
повреждения стенок продольных балок. Эти повреждения представляют
Рис. 2.8. Усталостные разрушения уголка раскоса:
а — трещина; б — излом полки
57
Рис. 2.9. Усталостные трещины
в горизонтальной полке верхне-
го поясного угонка
Рис. 2.10. Усталостные трещины
в стенках продольной балки:
1 — поперечная балка; 2 — про-
дольная балка; 3 — трещины
собой наклонные трещины в стенках балок, которые зарождаются
у кромок заклепочных отверстий второго, третьего и четвертого ряда
(считая сверху) прикрепления стенки балки к вертикальным соедини-
тельным уголкам (рис. 2.10).
Появлению этих трещин предшествует расстройство заклепок в
прикреплении стенки балки к соединительным уголкам. При некото-
ром несовпадении заклепочных отверстий и в результате расстройства
заклепок возникает большая неравномерность в распределении усилий
между заклепками. Это приводит к высокой концентрации напряжений
около заклепочных отверстий с перегруженными заклепками. При этом
у кромок верхних заклепочных отверстий создается значительная кон-
центрация растягивающих напряжений. Наличие высокой концентрации
растягивающих напряжений с большой повторяемостью циклов их из-
менения является основной причиной возникновения усталостных тре-
щин в стенках балок. Наиболее эффективным способом предупреждения
появления этих трещин является замена заклепок в прикреплении стен-
ки продольной балки к соединительным уголкам высокопрочными
болтами.
Отмечено несколько случаев появления и развития поперечных
усталостных трещин в нижних поясных уголках и в стенках продольных
Рис. 2.11. Усталостная трещина
в ’’рыбке”:
1 — ’’рыбка”; 2 — поперечная
балка; 3 — продольная балка;
4 — трещина
58
Рис, 2.12. Усталостная трещина в нижнем поясном уголке попе-
речной балки
балок в средней их части. Эти трещины появлялись у кромок заклепоч-
ных отверстий или в зоне других концентраторов напряжений, создан-
ных коррозией или механическим повреждением металла.
Нередко усталостные трещины появляются в ’’рыбках” (рис. 2.11).
Главной причиной появления усталостных трещин в ’’рыбках” являют-
ся высокие нормальные напряжения от изгибающих моментов, возни-
кающих в прикреплениях продольных балок к поперечным. Эти уста-
лостные трещины всегда возникали у кромок заклепочных отверстий
первого или второго ряда, считая от продольной оси поперечной балки,
а их появлению предшествовало расстройство заклепок в прикреплении
’’рыбки”.
В пролетных строениях длиной более 60 м часто появляются уста-
лостные трещины в нижних поясных уголках поперечных балок
(рис. 2.12). Эти трещины характерны для крайних поперечных балок.
Одной из основных причин появления этих трещин является интенсив-
ное включение в совместную работу балок проезжей части с поясами
главных ферм, что особенно сильно проявляется в пролетных строениях,
не имеющих ’’разрывов” продольных балок.
Нередкб встречаются усталостные трещины у обушков в уголках
прикрепления продольных балок к поперечным (рис. 2.13). Поврежде-
ния ' этого типа возникают, главным образом, в прикреплениях без
’’рыбок” или с очень слабыми ’’рыбками”. Их появление и развитие свя-
зано с передачей через соединительные уголки значительных продольных
сил, возникающих в продольных балках при совместной работе с пояса-
ми главных ферм, а также изгибающих моментов в сопряжениях про-
дольных и поперечных балок.
59
Низкой долговечностью и надежностью
по выносливости обладают соединения про-
дольных и поперечных балок проезжей
части при их этажном расположении незави-
симо от расчетных норм, по которым они
запроектированы. В них часто возникают
усталостные трещины. Они появляются,
главным образом, в полках поясных угол-
ков на участках опирания продольных
балок на поперечные и поперечных на
главные фермы.
В последние годы заметно увеличилось
Рис. 2.13. Усталостная трещина число усталостных разрушений заклепок и
в уголке прикрепления продоль- высокопрочных болтов, работающих в при-
шей балки к поперечной креплениях продольных балок к попереч-
ным на растяжение. Наиболее часто эти по-
вреждения встречаются в прикреплениях без ’’рыбок”. Разрушаются
заклепки и высокопрочные болты, расположенные в верхних и нижних
рядах прикрепления соединительных уголков к стенке поперечной бал-
ки там, где возникают наибольшие усилия отрыва от действия изгибаю-
щего момента в прикреплении. Исследованиями установлено, что разру-
шение заклепок и болтов происходит при циклическом изменении нор-
мальных напряжений в них выше 30—50 МПа.
Усталостные повреждения сварных элементов и усиленных с при-
менением сварки. Сварные элементы и соединения обладают характер-
ной особенностью, которая состоит в том, что в сварных швах и около-
шовных зонах возникают высокие растягивающие остаточные напряже-
ния. Эти напряжения, суммируясь с напряжениями от нагрузки, могут
оказывать значительное влияние на усталость металла на этих участках.
Их влияние усиливается наличием концентраторов напряжений. Уста-
лостные трещины обычно зарождаются в элементах, работающих при
циклических воздействиях нагрузок, в зонах расположения сварных
швов около мест, являющихся наиболее сильными концентраторами
напряжений (непроваров, горячих трещин, пор и включений в наплав-
ленном металле). К таким эонам относятся также участки с резким
изменением сечения, вызванным например, обрывом листов, приваркой
планок, накладок, ребер жесткости, диафрагм; концы швов, различного
рода заплавки отверстий и т. п.
При обследовании металлических пролетных строений на указан-
ные места возможного возникновения трещин необходимо обращать
особое внимание. Внешним признаком наличия трещин могут служить
потеки ржавчины и шелушение краски. Крупные трещины можно обна-
ружить при тщательном осмотре невооруженным глазом или через
лупу. Для обнаружения мелких трещин используют различные приборы
(например, индукционные, ультразвуковые дефектоскопы). Скрытые
трещины и другие дефекты (непровары, шлаковые включения) обнару-
60
живают рентгенографированием, у-графированием, а также при помощи
ультразвуковых и электромагнитных приборов (см. п. 3.5).
В полевых условиях для обнаружения трещин часто пользуются
простыми способами, участок, где подозревается трещина, очищают от
краски и ржавчины, шлифуют наждачной бумагой с последующим
протравливанием поверхности 10-15-процентным раствором азотной
кислоты, после протравливания поверхность промывают водой, выти-
рают насухо и просматривают через лупу или микроскоп.
В некоторых случаях вдоль предполагаемой трещины хорошо зато-
ченным небольшим зубилом снимают тонкую стружку. Разделение
стружки подтверждает наличие трещины.
С целью предупреждения опасного развития мелких трещин участки
элемента конструкции, где они обнаружены (например, концы сварных
швов, кромки элементов и т. п.), следует обрабатывать до полного их
удаления наждачным кругом, зубилом или напильником, создавая вы-
точку с плавным переходом во избежание высокой концентрации напря-
жений в этих местах.
У концов более крупных трещин, ослабляющих сечение в пределах,
допустимых для безопасного пропуска поездов (что надлежит проверить
расчетом) необходимо просверлить сквозные отверстия диаметром
15—20 мм, что приводит к значительному снижению концентрации на-
пряжений у конца трещины. Однако, это полностью не гарантирует пре-
кращения дальнейшего развития трещин по другую сторону отверстий,
а поэтому за такими трещинами следует установить специальное наблю-
дение. Опасные трещины, снижающие грузоподъемность ниже допусти-
мого уровня, после предварительного просверливания отверстий около
их концов надлежит перекрыть накладками на высокопрочных болтах
или, в крайнем случае, на точеных чистых болтах.
За элементами, в которых обнаружены трещины, должно быть уста-
новлено постоянное наблюдение.
Применение сварки при усилении мостов в нашей стране было
прекращено в 50-х годах. Пролетные строения, усиленные с применени-
ем сварки, на эксплуатируемых мостах в настоящее время встречаются
крайне редко. Основным наиболее опасным повреждением элементов,
в которых добавляемый при усилении металл прикрепляли сварными
швами, являются усталостные трещины в сварных швах и околошов-
ных зонах, у концов сварных швов и в местах резкого изменения сече-
ний элементов у заплавленных (заваренных) отверстий.
В последние годы массовый характер приобретает появление и раз-
витие усталостных трещин в сварных сплошностенчатых балках цельно-
сварных и сталежелезобетонных пролетных строений, а также в свар-
ных продольных балках проезжей части сквозных пролетных строений,
изготовленных в 50—80 годы. Усталостные трещины отдельных типов
появляются через один — два года после сдачи моста в эксплуатацию и
быстро прогрессируют.
61
На рис. 2.14 показаны наиболее характерные типы трещин в свар-
ных балочных пролетных строениях со сплошными стенками различных
конструкций. Наибольшее распространение имеют трещины в стенках
у верхних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости. Чаще
трещины этого типа встречаются около ребер, верхние торцы которых
соединяются с верхним поясом через прокладки, приваренные только
к ребрам (см. рис. 2.14, б). Главная причина появления и развития этих
трещин — высокие циклические напряжения у концов сварных швов,
связанные со стесненным изгибом стенки из ее плоскости, вибрацией
стенок, наличием больших растягивающих остаточных напряжений.
Изгиб стенки происходит из-за внецентренной передачи вертикальных
усилий Р с мостовых поперечин на верхний пояс, а также горизонталь-
ных воздействий от ударов колес Н (рис. 2.15). Угол поворота пояса
Рис. 2.14. Характерные типы трещин в сварных баночных пролетных строениях
со сплошными стенками:
а — схема главной балки; б — трещина в стенке балки у верхнего конца сварного
шва вертикального ребра жесткости (торец ребра приварен к прокладке); в —
трещина в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра (реб-
ро к верхнему поясу прикреплено с помощью уголка на высокопрочных болтах) ;
г — трещины в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра
жесткости, в ребре жесткости и в верхнем поясном листе у сварного шва (торец
ребра приварен к поясному листу); д — продольная трещина в поясном шве;
е — трещина в стенке балки у иижнего конца сварного шва вертикального ребра
жесткости
62
и изгиб стенки в значительной степени
зависят от наличия зазоров между
поясным листом и прокладкой. Эти
зазоры могут иметь место в самом
начале эксплуатации (брак, допущен-
ный при изготовлении) или появить-
ся в процессе эксплуатации вследствие
механического износа контактирую-
щих поверхностей. Механический из-
нос происходит довольно быстро,
поскольку при проходе поездов взаим-
ное смещение контактирующих по-
верхностей и нормальное давление на
них значительны. Ускорению процесса
механического износа и накопления
усталостных повреждений способству-
Рис. 2.15. Схема деформирования
пояса и стенки балки
ет отсутствие продольных связей
между балками в уровне верхних поясов (согласно СН 200—62 эти свя-
зи устанавливались в пониженном уровне).
У вертикальных ребер жесткости, к которым прикреплены тротуар-
ные консоли, кроме рассмотренных, возникают дополнительные воз-
действия от динамических нагрузок от тротуаров, что приводит к тому,
что усталостные трещины в стенках около этих ребер появляются зна-
чительно раньше чем у остальных (через один — два года после начала
эксплуатации).
Конструкция прикрепления вертикальных ребер жесткости к поя-
сам с помощью уголков-коротышей на высокопрочных болтах (см.
рис. 2.14, в) позволяет снизить циклические напряжения от местного
изгиба стенки балки и, следовательно, повысить ее долговечность. Одна-
ко усталостные трещины появляются и при таком конструктивном ре-
шении, если не обеспечена достаточная жесткость прикрепления.
Если конец вертикального ребра жесткости приварен непосредст-
венно к поясному листу (см. рис. 2.14, г), то трещины появляются в
сварных швах прикрепления ребер к поясному листу, в поясном листе
и в ребрах жесткости.
Продольные трещины в сварных швах, соединяющих верхний пояс
со стенкой (см. рис. 2.14, д), встречаются пока редко. Однако их появ-
ление не исключено и на участках между ребрами особенно при высокой
эксцентричности приложения усилий от подвижного состава.
Эксцентричность приложения усилий является одним из главных
факторов раннего появления усталостных трещин в стенках балок
у верхних концов швов вертикальных ребер жесткости и в сварных
поясных швах. Одним из эффективных способов борьбы с этим явле-
нием следует считать центрирование передачи усилий от подвижного со-
става в плоскости поперечного сечения балки. Этот способ широко при-
меняется в европейских странах, США и др. Суть его состоит в том, что
63
Рис. 2.16. Схема расположения усталост-
ных трещин в стенке сварной балки
сталежелезобетонного пролетного строе-
ния:
1 — железобетонная плита; 2 — упор;
3 — сварная главная- .балка; 4 — про-
дольная трещина; 5 — трещина в стенке
балки у верхних концов сварных швов
вертикального ребра жесткости
поперечины опираются на продольные ребра, уложенные на верхних
поясах главных или продольных балок в плоскости стенки. Значительно
снижается эксцентричность приложения вертикальной нагрузки к верх-
ним поясам балок при мостовом полотне на железобетонных плитах.
Серьезным повреждением являются усталостные трещины в стенках
балок у нижних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости
(рис. 2.14, е). Эти трещины встречаются значительно реже трещин у верх-
них концов сварных швов, но по своей опасности они значительно их
превосходят, так как расположены в зоне высоких растягивающих на-
пряжений от внешних нагрузок.
Основная причина появления этих трещин — циклический стеснен-
ный изгиб стенки балки из ее плоскости, вызванный горизонтальными
поперечными колебаниями нижнего пояса при проходе поездов, при вы-
сокой концентрации напряжений у концов сварных швов и значительном
влиянии растягивающих остаточных напряжений. Нижние пояса, имея
большую массу (например, у пролетных строений длиной 33,6 м толщи-
на пояса равна 65 мм, а ширина — 600 мм), и как бы подвешенные
к балке на сравнительно тонкой стенке, при горизонтальных колебани-
ях свободно смещаются в поперечном направлении относительно концов
вертикальных ребер жесткости, вызывая ее стесненный изгиб. При отсут-
ствии продольных связей в плоскости нижних поясов, что имеет место
в пролетных строениях запроектированных по расчетным нормам
СН 200—62, амплитуды горизонтальных колебаний и соответственно
циклических напряжений как и процесс накопления усталостных по-
вреждений возрастают.
Усталостные повреждения нередко возникают в сварных балках
сталежелезобетонных пролетных строений. Наиболее часто встречаются
усталостные трещины в стенках балок у верхних концов сварных швов,
64
прикрепляющих опорные вертикальные ребра жесткости, и продольные
усталостные трещины в стенках балок, расположенные около поясных
сварных швов (рис. 2.16).
Главной причиной появления и развития этих трещин являются го-
ризонтальные поперечные колебания при движении поездов. При боль-
шой массе железобетонной плиты и мостового полотна и практически
свободном опирании листов через прокладки на вертикальные ребра
жесткости горизонтальные колебания вызывают циклические попереч-
ные смещения верхних поясов относительно торцов вертикальных ребер
Жесткости (прокладок), сопровождающиеся стесненным изгибом стенки
балки (рис. 2.17). В результате в стенке балки у поясных швов и у кон-
цов сварных швов вертикальных ребер жесткости возникают высокие
циклические напряжения Н , нормальные к горизонтальной оси, приво-
дящие к быстрому накоплению усталостных повреждений. Испытания
сталежелезобетонных пролетных строений этого типа показывают, что
поперечные смещения Д верхних поясных листов относительно торцов
вертикальных ребер у концов пролетных строении длиной 55 м с ездой
на балласте достигают 1,65 мм, а в середине — 0,05 мм; период горизон-
тальных колебаний — 0,45 — 0,65 с.
Наиболее широкое применение сварные балки получили в стальных
пролетных строениях со сквозными главными фермами (болто-свар
ные, клепано-сварные), которые являлись основным типом пролетных
строений железнодорожных мостов с пролетами более 44 м, изготовлен-
ных в период с 1960-х до середины 1980-х годов. Опыт эксплуатации
этих пролетных строений показывает, что наиболее слабыми элементами
в них по выносливости оказались сварные продольные балки проезжей
часта. Наиболее распространенным усталостным повреждением сварных
продольных балок являются усталостные трещины в стенках у верхних
концов сварных швов вертикальных ребер жесткости (рис. 2.18). Эта
трещины в первую очередь появляются у ребер, верхние концы которых
Рис. 2.17. Схема деформирования
стенки сварной балки сталежелезобетон-
ного пролетного строения
65
3 Зак. 1188
Рис. 2.18. Усталостные трещины в сварных продольных балках:
1 — в стенке на концевом участке; 2 — в стенке у верхних концов сварных швов
вертикальных ребер жесткости; 3 — в стенке у нижних концов сварных швов
вертикальных ребер жесткости
приварены к прокладкам, а к ребрам прикреплены тротуарные консоли
или консоли площадок убежищ. В этих случаях видимые усталостные
трещины иногда появляются в течение первого года эксплуатации. При-
чины их появления и развития аналогичны причинам появления усталост-
ных трещин в стенках главных балок (см. рис. 2.14, б; 2.15). Трещины
этого типа в зависимости от интенсивности и продолжительности экс-
плуатации могут возникать у всех вертикальных ребер жесткости. Значи-
тельно реже такого типа усталостные трещины возникают у ребер, верх-
ние концы которых приварены к поясному листу.
Сравнительно часто встречаются усталостные трещины в стенках
продольных балок у нижних концов сварных швов вертикальных ребер
жесткости (см. рис. 2.18). В большинстве случаев эти трещины имеют
дугообразную траекторию развития с концами, направленными вверх.
По иногда встречаются трещины с концами, ориентированными вниз
к поясу. Последние трещины весьма опасны.
Трещины в стенках балок у нижних концов сварных швов верти-
кальных ребер жесткости появляются наиболее часто у ребер жесткости,
к которым прикреплены тротуарные консоли, и расположенным на
участках прикрепления элементов нижних продольных связей между
главными фермами к нижним поясам продольных балок. В этих случаях
при проходе поезда стенка балки в зоне нижнего конца вертикального
ребра циклически изгибается из ее плоскости под действием динамиче-
ских усилий от колебаний тротуара и переменных усилий в диагоналях
продольных связей. Как показали испытания, во время прохода одного
современного грузового поезда изменение напряжений в стенке балки от
ее изгиба около нижних концов ребер жесткости может превышать
1500 циклов при значительных амплитудах.
В коротких продольных балках с пониженной высотой, применяе-
мых в ’’открытых” пролетных строениях, появляются весьма опасные
66
усталостные трещины в стенках на концевых участках (см. рис. 2.18).
Трещины возникают у концов сварных швов, соединяющих стенку с
верхним поясным листом, и сначала развиваются вдоль шва, а затем
резко изменяют направление вниз.
Усталостные трещины в сварных балках пролетных строений мостов
возникают главным образом в результате местных воздействий, кото-
рые при проектировании и особенно при расчетах на прочность и вынос-
ливость по действовавшим в то время нормам практически не учитыва-
лись. Местные воздействия, приводящие к быстрому исчерпанию ресурса
по усталости, в большинстве случаев являются следствием неудачных
конструктивных решений (в том числе предусматриваемых технически-
ми условиями) и недостатков технологии изготовления.
Многие обнаруженные усталостные трещины в сварных балках за
редким исключением пока практически не снижают их грузоподъемно-
сти. Однако дальнейшее их развитие во многих случаях непредсказуемо;
в экстремальных ситуациях (ударное воздействие, например при круше-
нии поезда на мосту; низкие температуры и др.) они могут стать причи-
ной хрупкого разрушения с весьма тяжелыми последствиями.
Отдельные виды трещин: наклонные в стенках продольных балок
на концевых участках, трещины, расположенные в зонах с растягиваю-
щими от внешних нагрузок напряжениями, могут, развиваясь как уста-
лостные, быстро снижать несущую способность балки и приводить к
серьезным последствиям. Поэтому все пролетные строения, имеющие
сварные балки, подобные рассмотренным, в которых начали появляться
усталостные трещины или ожидается их появление (что определяется
расчетом), должны находиться под особым наблюдением с целью обна-
ружения усталостных трещин на стадии их начального развития и приня-
тия мер по предотвращению опасных последствий.
Механические повреждения и хрупкие разрешения. Механические
повреждения наиболее часто .возникают в процессе эксплуатации в ре-
зультате ударов негабаритных грузов по элементам пролетных строений,
а также при их изготовлении и монтаже. К механическим относятся так-
же повреждения,полученные в результате обстрелов или бомбардировок
мостов. Механические повреждения могут быть самыми разнообразны-
ми: разрывы отдельных элементов или их частей, местные или общие ис-
кривления элементов, пробоины,вмятины (рис. 2.19).
Элементы, получившие механические повреждения, должны быть
тщательно обследованы. Степень опасности повреждения устанавливают
в каждом конкретном случае. Она зависит не только от размеров по-
вреждения элемента, но и от напряженного состояния и его изменений
в связи с появлением повреждения.
Элементы, поврежденные в результате ударного воздействия, необ-
ходимо тщательно осмотреть с целью выявления трещин, особенно в
зоне удара. Искривление элементов приводит к возникновению в них
3*
67
Рис. 2.19. Механические повреждения элементов верхних продольных
связей между главными фермами
дополнительных напряжений, а в сжатых элементах уменьшается сопро-
тивляемость их продольному изгибу. Прямолинейность элемента обыч-
но проверяют при помощи натягиваемой вдоль него тонкой стальной
проволоки, относительно которой измеряют ординаты (стрелы) искрив-
ления. Если стрела искривления сжатых элементов составного или
Н-образного сечения превышает 0,00251 о, аП-образного — 0,143/? (7° —
свободная длина, р — ядровое расстояние), то необходимо проверить
допустимость такого искривления и в противном случае принять сроч-
ные меры по усилению элемента. Особенно опасны искривления сжатых
элементов с одновременным повреждением соединительной решетки
между ветвями (погнутости, разрывы). В таких случаях следует немед-
ленно принять меры по ремонту поврежденных частей соединительной
решетки элемента, если это окажется необходимым по расчету.
Значительные повреждения могут получить прикрепления элемен-
тов, подвергнутых ударному воздействию. При этом могут срезаться или
разорваться заклепки и болты, возникнуть большие сдвиги. В сварных
соединениях возникают трещины в швах и околошовных зонах. При об-
наружении повреждений необходимо оценить их влияние на надежность
прикреплений и принять меры, обеспечивающие нормальную их работу.
Хрупкими разрушениями называют разрушения от силового воз-
действия без заметной пластической деформации. Разрушение происхо-
дит от развития трещин, зарождающихся в наиболее слабых (перенапря-
женных) местах. Трещины при хрупком разрушении развиваются мгно-
68
венно (скорость распространения трещины в металле достигает 4000—
5000 м/с), характеризуются почти полным отсутствием пластических
деформаций и представляют собой большую опасность.
Склонность к хрупким разрешениям зависит от структуры металла,
ориентации кристаллов, химического состава, наличия примесей, формы
элемента, вида напряженного состояния, скорости деформирования, тем-
пературы окружающей среды и т. п.
Опыт эксплуатации металлических пролетных строений показывает,
что повреждения элементов вследствие хрупкого разрушения встреча-
ются пока очень редко. Они наблюдались, главным образом, в сварных
конструкциях, изготовленных в начальный период применения сварки
в мостостроении. Однако в связи с массовым появлением и развитием
усталостных трещин в сварных балках вероятность появления в них
хрупких разрушений будет возрастать. Опасность хрупких разрушений
и тяжесть их последствий в сварных конструкциях, в частности в свар-
ных балках, обусловлена главным образом сплошностью сечений балок,
в связи с чем при хрупком разрушении трещина мгновенно распростра-
няется по всему сечению.
Что касается клепаных пролетных строений, то по мере увеличения
нагрузок, интенсивности и скоростей движения поездов, сроков экс-
плуатации в элементах, особенно в зонах сильных концентраторов на-
пряжений, происходят накопления повреждений, снижающих сопротив-
ляемость металла хрупким разрушениям. При образовании в нем уста-
лостных трещин вероятность появления хрупких разрушений повышает-
ся. Однако она несравненно ниже, а последствия разрушений менее
опасны, чем в сварных.
Коррозионные повреждения. Металлические пролетные строения
мостов, длительное время находящиеся в эксплуатации, обычно имеют
коррозионные повреждения, степень развития которых зависит от спо-
собов защиты от коррозии, качества металла и текущего содержания.
Коррозионные повреждения, уменьшая площадь сечения элементов,
снижают их грузоподъемность. Кроме того, совместное воздействие кор-
розии и циклических напряжений может приводить к возникновению
коррозионно-усталостных трещин. Коррозионно-усталостные трещины
начинаются в зонах концентрации напряжений с разрушения защитной
пленки на металле под действием циклических напряжений. Коррозия
снижает также стойкость металла против хрупких разрушений.
Скорость развития коррозии зависит от ряда факторов: способов
и качества защиты от коррозии, химического состава металла, разновид-
ности агрессивной среды, влажности, температуры, напряженного состоя-
ния и др. Главным фактором, влияющим на возникновение и развитие
коррозии, является увлажнение поверхности металла. Эксперименталь-
но установлено, что в среде, имеющей относительную влажность меньше
40 %, даже при наличии загрязнений, коррозия не возникает. Но зти усло-
вия не характерны для мостов, находящихся, как правило, в среде
с более высокой влажностью. При относительной влажности воздуха
69
более 70 % поверхность металла заметно адсорбирует влагу из воздуха
в количествах, достаточных для развития коррозии. Загрязнение возду-
ха частицами хлоридов, сульфидов или газами (например, сернистым),
а также оседание на поверхности элементов пролетных строений всякого
рода солей, руды и других агрессивных веществ способствует появлению
и ускоренному развитию коррозии. Значительное влияние на развитие
коррозии оказывают блуждающие электрические токи. Температура
также влияет на развитие коррозии: повышение температуры ускоряет
коррозию, понижение замедляет. При отрицательных температурах раз-
витие коррозии практически прекращается.
Коррозия металла происходит либо путем непосредственного хими-
ческого взаимодействия металла с окружающей средой (химическая
коррозия), либо в результате взаимодействия образующихся на поверх-
ности металла гальванических элементов (электрохимическая корро-
зия) . В стальных мостовых конструкциях в основном происходит элек-
трохимическая коррозия.
Коррозионные повреждения бывают двух основных видов: равно-
мерная коррозия и местная. Равномерная коррозия распространяется
на большой поверхности металла, а местная сосредоточивается на отдель-
ных его участках. Характерными видами местной коррозии являются:
точечная; избирательная, разрушающая только одну структурную со-
ставляющую; межкристаллитная, распространяющаяся по границам
кристаллитов (зерен) металла. Межкристаллитная коррозия вследствие
разрушения межкристаллитных связей приводит к .значительному ухуд-
шению свойств металла, снижению его сопротивляемости усталостным
и хрупким разрушениям. Часто межкристаллитная коррозия не вызыва-
ет изменения внешнего вида металла и поэтому не всегда может быть
обнаружена.
Образованию и развитию коррозии металла более подвержены про-
летные строения с ездой поверху, элементы и узлы которых в большей
степени загрязняются, чем у пролетных строений с ездой понизу. В про-
летных строениях с ездой понизу более интенсивно корродируют эле-
менты, расположенные ниже уровня мостового полотна.
Коррозией поражаются главным образом элементы поясов главных
ферм, балки проезжей части, связи между главными фермами, а также
связи между продольными балками. В поясах главных ферм вследствие
отсутствия или недостаточности дренажных отверстий, а также в резуль-
тате загрязнения может возникать застой воды, приводящий к коррозии
внутренних элементов сечения коробки.
В продольных балках проезжей части наиболее подвержены корро-
зии верхние горизонтальные листы, а при их отсутствии — горизонталь-
ные полки верхних поясных уголков в местах контакта с мостовыми
брусьями. Ускоренный процесс развития коррозии на этих участках
объясняется быстрым разрушением слоя краски в зоне контакта с мос-
товым брусом и устойчивым увлажнением поверхности.
70
Рис. 2.20. Элементы распорки верхних продольных связей между
главными фермами, поврежденные коррозией
В узлах прикрепления продольных связей к поясам главных ферм
(рис. 2.20), элементах связей коррозия часто развивается вследствие
их загрязнения. У поперечных балок наиболее часто коррозии подверга-
ются верхние горизонтальные листы, а также нижние пояса на участках
прикрепления к ним фасонок продольных связей между главными фер-
мами.
Развитие коррозии на контактирующих поверхностях может приво-
дить к ’’распучиванию” соединяемых элементов. Этот вид повреждения
обычно является следствием конструктивных недостатков — ’’мешков”,
’’щелей”, ’’пазух”, большого шага заклепок и т. д., характерных для
пролетных строений с многораскосными и многорешетчатыми фермами.
Плоские раскосы таких пролетных строений обычно состоят из парных
листов, объемлющих в узлах вертикальный лист пояса; нижние узлы
прикреплений раскосов к поясам ферм, имеющие большой шаг закле-
пок, являются в них наиболее уязвимым для коррозии местом. Кор-
розионные повреждения этого типа наблюдаются также в элементах
нижних поясов главных ферм, у которых вертикальные пакеты имеют
большой шаг соединительных заклепок, и в диагоналях продольных
связей, состоящих из двух уголков, соединенных редко поставленными
заклепками.
Анализ показывает, что скорость развития коррозии в элементах
мостов при неудовлетворительном качестве защитного слоя в нашей
стране составляет в среднем 0,1—0,2 мм в год.
71
При обследовании металлических пролетных строений мостов важ-
но выявить все неблагополучные места, с тем, чтобы выработать спе-
циальные профилактические меры для борьбы с коррозией. Ослабление
сечений элементов коррозией учитывают при оценке их грузоподъем-
ности.
Окраска является основным профилактическим средством защиты
металла от коррозии. Следует помнить, что коррозию легче предотвра-
тить, чем с ней бороться. Старые мосты во время войн и в период восста-
новления хозяйства после них окрашивались нерегулярно; их окраска
иногда производилась недоброкачественными материалами, что, естест-
венно, отразилось на состоянии этих мостов. В связи с этим они имеют
значительные повреждения коррозией, которая несмотря на принимае-
мые меры продолжает интенсивно развиваться. Нередко значительное
поражение пролетных строений коррозией является главной причиной
преждевременной их замену.
2.5.	Повреждения железобетонных, бетонных и каменных
пролетных строений
В железобетонных пролетных строениях как иэ обычного, так и
предварительно напряженного железобетона в процессе эксплуатации
и при изготовлении возникают повреждения в виде трещин, разрушения
бетона (резкое снижение прочности), отколов бетона, усталостного раз-
рушения арматуры, отслоений защитного слоя, раковин, повреждения
гидроизоляции, коррозии арматуры, разрушения консолей плиты бал-
ластного корыта и наращенных бортов и др. В пролетных строениях
путепроводов часто наблюдаются повреждения, вызванные ударами
негабаритных грузов (сколы бетона, разрывы арматуры, трещины в
бетоне). Повреждения в зависимости от их вида, характера развития и
расположения могут оказывать значительное влияние как на долговеч-
ность, так и на грузоподъемность конструкции.
Трещины в бетоне являются весьма распространенным повреждени-
ем железобетонных пролетных строений. В конструкциях из обычного
железобетона появление трещин в зонах, работающих на растяжение при
напряжениях выше расчетных сопротивлений, как правило, неизбежно;
оно предусматривается на стадии проектирования с ограничением рас-
крытия трещин 0,2 мм. Считают, что при таком раскрытии трещин влага
не будет интенсивно проникать к арматуре и поэтому не пройзойдет ее
существенного ржавления, а, следовательно, и значительного снижения
долговечности конструкции.
В предварительно напряженных железобетонных пролетных строе-
ниях с напряженной арматурой в виде проволочных пучков, отдельных
проволок или канатов трещины в бетоне наиболее опасны. Проникаю-
щая через них влага может привести к коррозии арматуры, площадь се-
чения которой вследствие небольшого диаметра проволоки будет умень-
72
шаться значительно быстрее чем у стержневой арматуры. Кроме того,
развитие межкристаллитной коррозии приводит к значительному сниже-
нию сопротивляемости металла арматуры усталостным и хрупким раз-
рушениям.
Нередко трещины в бетоне непосредственно снижают грузоподъем-
ность пролетного строения. Это прежде всего относится к предваритель-
но напряженным конструкциям, например, при возникновении наклон-
ных или продольных трещин в стенках балок. Поэтому обнаруженные
трещины в бетоне должны быть тщательно проанализированы с точки
зрения их влияния на грузоподъемность и долговечность конструкции
с учетом тенденции к их дальнейшему развитию.
Рассмотрим наиболее характерные типы трещин, наблюдаемых в
эксплуатируемых балочных пролетных строениях (рис. 2.21).
Усадочные трещины 1 возникают обычно в поверхностных слоях
бетона вследствие неравномерности процесса усадки. Появлению этих
трещин способствуют чрезмерно высокое содержание цемента в бетоне;
естественность усадки, вызванная конструктивной формой, характером
армирования; нарушение технологии выдержки бетона при его тверде-
нии и др. Характерным признаком усадочных трещин является их хаоти-
ческое расположение, небольшая длина и раскрытие. Усадочные трещи-
ны могут служить началом развития силовых трещин.
Наклонные трещины 2 в стенках балок образуются в основном
от действия главных растягивающих напряжений. Эти трещины особен-
но опасны в предварительно напряженных пролетных строениях, так
как могут значительно снижать их грузоподъемность, что должно оцени-
ваться расчетом.
Продольные трещины 3 в местах примыкания,плиты балластного
корыта к стенкам балок также относятся к категории опасных, внося-
щих серьезные изменения в работу конструкции под нагрузкой (значи-
тельное снижение момента сопротивления поперечного сечения балки и
Рис. 2.21. Типы трещин в балочных пролетных строениях:
1 — усадочные; 2 — наклонные; 3 - продольные в зоне сопряжения плиты со
стенкой; 4 - поперечные в плите; 5 — поперечные в нижнем поясе; б — продоль-
ные в нижнем поясе; 7 - в зонах опорных частей; 8 — горизонтальные на торце-
вом участке; 9 — в зоне омоноличивания; 10 — поперечные трещины в ребрах
жесткости
73
резкое усиление работы хомутов в зоне трещин на срез), и .требуют
соответствующего внимания и учета при оценке грузоподъемности.
Одной из главных причин образования этих трещин являются нарушения
в технологии изготовления пролетных строений.
Поперечные трещины в плите 4 вызываются главным образом пере-
тяжкой нижней продольной арматуры и изгибающими моментами, созда-
ваемыми при установке балок кранами. В простых разрезных балках
в процессе эксплуатации постоянные и временные нагрузки способству-
ют закрытию этих трещин.
Поперечные трещины 5 в нижних растянутых поясах предваритель-
но напряженных пролетных строений обычно свидетельствуют о недо-
статочном натяжении напрягаемой арматуры, значительных потерях
предварительного напряжения в результате усадки, ползучести бетона
и нарушения нормальной работы анкерных устройств. Эти трещины
обычно не снижают расчетной несущей способности пролетного строения,
но могут способствовать развитию коррозии арматуры, уменьшая долго-
вечность конструкции. В балках из обычного железобетона наличие тре-
щин этого типа с раскрытием не более 0,2 мм вполне закономерно и
не является признаком дефектности пролетного строения.
Продольные трещины б в предварительно обжатых поясах появ-
ляются вдоль напряженной арматуры главным образом в течение первых
лет эксплуатации. Образование их связано с поперечными деформация-
ми, вызванными чрезмерным обжатием бетона и влиянием стесненной
усадки. Опасность таких трещин заключается в возникновении и интен-
сивном развитии коррозии арматуры. При этом коррозия арматуры
вследствие увеличения объема продуктов коррозии и создания в связи
с этим внутреннего давления приводит к дальнейшему раскрытию про-
дольных трещин; ускоряя процесс разрушения. Причиной появления и
развития продольных трещин может быть и чрезмерная коррозия арма-
туры. В балках из ненапряженного железобетона появление этого типа
трещин может быть связано главным образом с коррозией продольной
арматуры.
Горизонтальные трещины на торцевых участках пролетных строе-
ний 8 обычно возникают вследствие действия местных напряжений,
вызванных силами предварительного напряжения арматуры. Развитие
трещин этого типа наблюдается в начальный период эксплуатации.
Трещины в зонах опорных частей 7 являются, как правило, след-
ствием конструктивных недостатков опорных узлов пролетных строе-
ний в сопряжении с опорными частями (сосредоточение анкеров, корот-
кий опорный лист и др.). На развитие трещин этого типа существенное
влияние оказывает работа опорных частей. При нарушении работы под-
вижных опорных частей возникают дополнительные усилия, способ-
ствующие росту этих трещин. Неплотное опирание пролетного строения
на опорные части может приводить к значительным динамическим воз-
действиям, ускоряющим процесс трещинообразования. Нередко в зонах
омоиоличивания сборных конструкций появляются трещины 9.
74
Поперечные трещины 10 в вертикальных ребрах жесткости возни-
кают от действия крутящего момента в плоскости поперечного сечения
балок, вызываемого внецентренным приложением сил от.внешних воз-
действий.
При недостаточной толщине защитного слоя и низком качестве бе-
тона возможно проникновение влаги к арматуре. Это приводит к корро-
зии арматуры и к разрушению защитного слоя, в результате чего он от-
слаивается, а арматура обнажается. Такое явление наиболее часто встре-
чается в конструкциях, при бетонировании которых для ускорения твер-
дения бетона вводили добавки хлористого кальция или хлористого нат-
рия. Обнаженная арматура быстро ржавеет, снижая грузоподъемность
и долговечность конструкции.
В арочных железобетонных пролетных строениях трещины наиболее
часто возникают в подвесках и затяжках, но возможно их появление
также в арках и стойках (в зонах, где действуют растягивающие напря-
жения) . В каменных и бетонных арочных мостах трещины главным обра-
зом возникают в зонах замка и пят, а также в щековых стенках.
Появление трещин во внешне статически неопределенных системах
железобетонных, бетонных и каменных мостов может быть связало
с деформациями оснований опор.
Для опенки влияния трещин на грузоподъемность и долговечность
конструкции, выявления причин их появления и развития необходимо
иметь данные о характере их расположения, величине раскрытия, интен-
сивности роста и общем состоянии сооружения.
Трещины выявляют путем детального осмотра конструкции. Мел-
кие трещины, а также трещины, не выходящие на поверхность, можно
обнаружить различными способами дефектоскопии, например, с исполь-
зованием ультразвука (см. гл. 3). Обнаруженные трещины фиксируют
на поверхности конструкции (отмечают краской их концы с указанием
даты отметки), зарисовывают в специальных журналах или фотографи-
руют. Раскрытие трещин измеряют при помощи микроскопа Бриннеля,
имеющего измерительную шкалу, или с помощью лупы и линейки со
шкалой. Места измерения раскрытия трещины фиксируют.
Для оценки динамики роста трещин за конструкциями устанавлива-
ют наблюдение, заключающееся в периодическом их обследовании с ре-
гистрацией характеристик ранее обнаруженных трещин и вновь выяв-
ленных. ДаннЬ.з наблюдений записывают в специальный журнал или в
книгу искусственного сооружения, делая отметки о развитии трещин
в журналах и непосредственно иа конструкциях. Наряду с характеристи-
ками трещин, записывают сведения о температуре, погоде и нагрузке,
при которых они регистрировались.
Для наблюдения за развитием раскрытия трещин, кроме микроско-
па Бриннеля, можно использовать специальные съемные деформометры
(см. гл. 4), с помощью которых периодически измеряют раскрытие тре-
щины. С помощью этих приборов измеряют и раскрытие трещин (’’ды-
хание”) при нагружении конструкции.
75
Для качественной оценки роста трещины используют гипсовые или
цементные маяки, представляющие собой крупные мазки гипсовым или
цементным раствором поперек трещины. В случае увеличения раскрытия
трещины или ее ’’дыхания” в маяках появляются трещины, совпадаю-
щие с перекрываемой трещиной.
Внешними признаками, характеризующими опасное развитие тре-
щин, служат потеки ржавчины на поверхности бетона, свидетельствую-
щие об интенсивной коррозии арматуры. Белые потеки являются призна-
ком выщелачивания цементного камня в зонах фильтрации воды через
бетон.
При обследовании железобетонных, бетонных и каменных мостов
необходимо обращать внимание на качество изготовления конструкции.
Прочность и плотность бетона в сооружении проверяется с использова-
нием различных так называемых неразрушающих методов контроля,
дающих возможность оценивать прочность и плотность бетона без разру-
шения элемента конструкции. Эти способы изложены в гп. 3.
Для выявления невидимых дефектов (пустоты, раковины, отслое-
ние защитного слоя бетона и др.) часто используют простейший способ —
остукивание бетона молотком. При ударах по плотному и прочному бе-
тону раздается звонкий звук, а по бетону с раковинами, пустотами, от-
слоениями — глухой.
Наличие поверхностных раковин, сколов, пор выявляют наружным
осмотром.
Большое значение для обеспечения высокой долговечности железо-
бетонных и каменных пролетных строений имеет надежный отвод воды
и хорошее качество гидроизоляции. При плохом отводе воды и неисправ-
ной гидроизоляции вода проникает в кладку, выщелачивает цементный
камень, что в сочетании с циклическим ’’замораживанием — размора-
живанием” приводит к снижению прочности бетона и резкому снижению
ресурса пролетных строений. По данным СГАПС (НИИЖТа) зти весьма
опасные повреждения на железных дорогах Урала, Сибири, Дальнего Вос-
тока имеют 65 % обследованных пролетных строении. Участки с повреж-
денной гидроизоляцией и неисправным водоотводом можно обнаружить
по мокрым пятнам, белым подтекам продуктов выщелачивания цемент-
ного камня, столоктитам и другим признакам. В местах, где просачи-
вается вода, необходимо проверить состояние гидроизоляции и водоот-
водных устройств и в случае их неисправности быстро ее устранить.
В качестве эффективного мероприятия защиты арматуры от корро-
зий служит так называемая катодная защита. При катодной защите на
поверхности бетона закрепляют металлическую сетку, покрываемую
набрызгбетоном, которая служит анодом. Сетка изготовляется из титана.
К этой сетке и стальной арматуре подключают источник тока. Протека-
ние тока компенсирует коррозионный ток, в связи с чем замедляется
или прекращается процесс электрохимической коррозии арматуры.
В железобетонных пролетных строениях, особенно предварительно
76
напряженных, происходят процессы, связанные с усадкой и ползучестью
бетона, следствием которых является деформирование пролетных строе-
ний. На деформирование железобетонных конструкций могут влиять
также развитие трещин в бетоне, расстройство анкеров арматуры и т. п.
Для качественной оценки интенсивности развития этих процессов перио-
дически проводят нивелировку пролетных строений. Сравнивая резуль-
таты нивелировок и периодических обследований, можно получить важ-
ную информацию об изменениях, происходящих в работе конструкции,
что необходимо для оценки ее долговечности и надежности.
2.6.	Повреждения мостовых опор и опорных Частей
Повреждение опор. Массивные опоры,— основной тип опор экс-
плуатируемых металлических, железобетонных, бетонных и каменных
железнодорожных мостов. Наиболее распространенными повреждениями
массивных опор являются трещины, расстройство кладки, выветрива-
ние и износ кладки, расстройство.подферменных камней, разрушение
облицовки, а также перемещения самих опор — осадки, сдвиги, крены.
Трещины в мостовых опорах по расположению, характеру развития
и причинам возникновения весьма разнообразны. Они могут быть по-
верхностными, глубокими и сквозными. Причиной возникновения тре-
щин с небольшим раскрытием в бетоне часто являются температурные
напряжения, возникающие в результате резкого изменения температуры
воздуха, экзотермических процессов при твердении бетона, замерзания
воды в пустотах и т. п. Нередко по внешнему виду трещин можно опре-
делить причину их возникновения и развития. Например, значительные
вертикальные трещины 2 (рис. 2.22), имеющие большое раскрытие
внизу и затухающее кверху, свидетельствуют о возможной неравномер-
ной осадке опор, недостаточной несущей способности их оснований.
Рис. 2.22. Трещины в опорах:
а> 6 - в устоях; в-в промежуточной опоре (быке); 1 - трещины отрыва обрат-
ных стенок; 2 — трещины от неравномерной осадки опоры; 3 — трещина от
недостаточной подвижности опорных частей
77
При недостаточной подвижности опорных частей на опоры переда-
ются большие горизонтальные силы, способные привести к возникнове-
нию трещин 3.
В устоях с обратными стенками при заполнении плохо дренирующим
грунтом и недостаточном водоотводе может произойти отрыв обратных
стенок (трещины 7) в результате замораживания водонасыщенного за-
полнения.
Расстройство кладки мостовых опор, особенно старых из бутовой
кладки, обычно начинается в зонах опирания подферменных камней.
При этом подферменные камни, представляющие собой тесаную прямо-
угольную призму из монолита гранита или песчаника, приобретают под-
вижность, и в них нередко возникают сквозные трещины. Одной из
главных причин расстройства кладки является динамическое воздейст
вие нагрузки. Наличие расстройства кладки определяют по вибрации и
взаимным перемещениям отдельных камней (блоков) при проходе по-
езда, появлению пересекающихся трещин, а также белых подтеков про-
дуктов выщелачивания на поверхностях опоры.
Состояние поверхностных участков кладки может быть также оце-
нено остукиванием молотком. Для оценки состояния кладки опор ис-
пользуют и неразрушающие методы контроля, основанные на использо-
вании ультразвука.
В процессе длительной эксплуатации поверхности опор подвергают-
ся выветриванию. Выветривание наиболее интенсивно протекает на
участке изменения уровня воды. Основным признаком выветривания
является шелушение поверхности — отделение мелких плиток — леща-
док. При наличии каменной облицовки сначала разрушаются швы.
В уровне ледохода наблюдаются повреждения опор в виде выбоин
облицовочных камней и разрушения швов, расстройства и вывалов
облицовочных камней, а также износ поверхности в виде углублений
в направлении по течению. На реках с быстрым течением при перемеще-
нии песка, гальки и других плывущих частей и предметов износ опор мо-
жет происходить на всей ее подводной части. 
Наиболее интенсивно кладка опор в зонах ледостава разрушается
при первых подвижках льда, особенно, если не принимаются специаль-
ные меры (околка льда вокруг опор). В старых опорах из бутовой клад-
ки иногда имеют место весьма серьезные разрушения подводной части.
При этом в кладке опоры образуются большие вывалы, угрожающие
разрушению опоры. Значительное влияние на разрушение подводной
части опор может оказывать химическая агрессивность воды вследствие
загрязнения ее химическими отходами, удары плывущими предмета-
ми и т. п.
Повреждения опор выявляют в результате их обследования. Надвод-
ные части опор детально осматривают с применением специальных при-
боров и инструментов. Для определения глубины распространения тре-
щины используют щупы, ультразвуковые приборы, нагнетание в трещи-
ны подкрашенной жидкости, а в случае необходимости производят
78
вскрытие облицовки и кладки. Обнаруженные трещины фиксируют на
опоре (отмечают концы краской), зарисовывают в специальных журна-
лах или фотографируют. Раскрытие трещин измеряют, а места измерений
фиксируют.
Для выявления повреждений в подводной части опор и наблюдения
за их развитием используют различные способы. В теплую погоду при
прозрачной воде и небольшой глубине для обследования подводной час-
ти опор можно использовать обычную маску для подводного плавания.
В более сложных условиях для обследования привлекаются водолазы
или используются специальные передвижные телевизионные установки
для подводного обследования типа ’’Краб”.
Перемещения опор — весьма опасные явления. Причины тут могут
быть разные: подмыв опор, недостаточная несущая способность основа-
ния, увеличение горизонтального давления грунта насыпи, оползневые
явления и т. п. Значительные перемещения опор довольно легко опре-
делить по внешним признакам. Так, при смещении устоя в пролет сме-
щается и подвижная опорная часть, а конец пролетного строения может
упереться в шкафную стенку или в торец соседнего пролетного строения.
Наклон или смещение промежуточной опоры вдоль моста легко обнару-
жить по изменению расстояния между концами смежных пролетных
строений. О перемещении опор можно судить по положению рельсового
пути в плане и в профиле. Перемещение устоя иногда сопровождается
сползанием насыпи за устоем. Точные данные о перемещениях опор мож-
но получить на основании геодезических съемок их положения.
В случаях обнаружения перемещений опор за ними устанавливают
наблюдения: осадку определяют нивелированием, а крен и сдвиги —
теодолитной съемкой. Данные нивелирования опоры увязывают с отмет-
кой репера. При наблюдении за наклоном опоры при помощи теодолита
в местах установки реек желательно заделать в тело опоры специальные
марки. За наклоном опоры можно также наблюдать при помощи уровня
или отвеса. Результаты наблюдений с указанием условий, при которых
они выполнялись, записывают в специальный журнал или книгу искус-
ственного сооружения.
При обследовании устоев необходимо обращать внимание на состоя-
ние сопряжения моста с насыпью. При крутом откосе конусов иногда
наблюдается их сползание, вызывающее оголение концов шпал, что мо-
жет быть причиной опасных дополнительных напряжений в рельсах.
Обнаруженные повреждения в опорах подлежат устранению. Спо-
соб ремонта в каждом конкретном случае устанавливают на основании
комплексной оценки характера повреждений, их влияния на долговеч-
ность и надежность сооружения, и причин, их вызывающих.
Обследованию подлежат также регуляционные сооружения (струе-
направляющие дамбы, траверсы и др.) и земляное полотно на подходах
к мосту в пределах подтопления высокой водой. При этом проверяют
соответствие сооружений в плане и профиле проекту и состояние их
укреплений.
79
Рис. 2.23. Схемы к определению правильности Положения опорной плиты
и катков в плане (в) и смещения балансира относительно опорнойплиты (6) :
а,Ь — длины сторон опорной плиты
Повреждения опорных частей. К ним относятся: неплотное опира-
ние; неправильное положение элементов опорных частей (перекос и
угон катков, отклонение от проектного положения балансиров и опор-
ных плит); коррозия и износ катков и контактных поверхностей опор-
ных плит и балансиров; трещины в элементах опорных частей; ослаб-
ление или разрушение креплений элементов опорных частей; нарушение
работы защитных футляров и др.
Обследование опорных частей начинают с общего их осмотра. Пра-
вильность положений опорных' плит в плане проверяют измерением рас-
стояний от оси моста и от оси опоры (поперек моста) до характерных
точек плиты (вершины углов плиты, пересечения осей плиты и т. п.).
Затем, измеряя расстояния от сторон опорной плиты до осей катков
(рис. 2.23, а), определяют их положение в плане. Таким же путем прове-
ряют положение балансиров. Положение опорных плит в профиле прове-
ряют с помощью уровня или нивелировкой.
Зная взаимное положение отдельных элементов опорных частей,
можно установить смещение их центров, перекос и другие характерис-
тики. Запись температуры воздуха при этих измерениях обязательна.
Желательно положение опорных частей проверять в пасмурную погоду,
когда температура всех элементов пролетного строения примерно оди-
накова.
Смещение балансира относительно опорной плиты вдоль моста
(рис. 2.23,6) при температуре t определяют по формуле
Ан=<'~'о)а/’	(2Л)
80
где а - коэффициент линейного расширения, равный для стали 0,0000118 и для бе-
тона 0,000010; I — расчетный температурный пролет пролетного строения; t® —
температура, при которой оси балансира и опорной плиты должны совпадать.
При этом принимают, что
t „ = t ± —'—
0 с” 2а/
(2.2)
где t — среднее алгебраическое между наивысшей и иаинизшей годовой темпе-
ратурой; Д - продольное перемещение от временной нагрузки (для стальных
к д
пропетных строений к10).
2а/
Знак у второго члена в формуле (2.2) зависит от направления
смещения балансира от подвижной нагрузки (плюс — при смещении
наружу, минус — внутрь пролета). При вычислении /ср годовые темпе-
ратуры подставляют со своими знаками. Нормальное отклонение центра
катков от оси опорной плиты определяется величиной —.
Разность между измеренным и расчетным смещением оси балансира
относительно оси опорной плиты составляет величину дополнительного
смещения, которое может быть следствием неправильной установки при
' сборке или смещения опор в процессе эксплуатации.
В пролетных строениях, особенно ориентированных с востока на за-
пад, на смещение опорных частей и появление в них повреждений оказы-
вает влияние неравномерность нагрева главных ферм: одна ферма на-
гревается солнцем сильнее друтой, что приводит к изгибу пролетного
строения в горизонтальной плоскости. В результате этого в опорных
частях, препятствующих повороту концов фермы в плане, могут по-
явиться перекосы и сдвиги, а также трещины в кладке опор и другие
повреждения.
Выяснение действительной причины повреждения опорных частей
требует тщательного анализа полученных при обследовании материалов.
Иногда для этого необходимо установление длительных наблюдений и
периодических измерений положения опорных частей, опор и пролетных
строений с регистрацией результатов в специальных журналах, книге
искусственного сооружения, а также непосредственно на опорах.
Сравнительно часто встречаются повреждения, связанные с неплот-
ным опиранием опорных частей на подферменники. Неплотность опира-
ния Приводит к увеличению динамического воздействия на конструк-
цию, в результате чего появляются повреждения и в первую очередь
такие, как трещины в подферменниках, опорных плитах, расстройство
кладки опор и пр.
Развитие повреждений опорных частей во многом зависит от ка-
чества их содержания, Подвижные опорные части должны иметь футля-
ры, надежно .защищающие их от попадания пыли, мусора и влаги. Катки
и поверхности катания натирают графитом.
81
2.7.	Повреждения деревянных мостов
Наиболее распространенное повреждение деревянных мостов—гние-
ние древесины. Поэтому при обследовании деревянных мостов,
используемых на железных дорогах в качестве временных сооружений,
прежде всего следует обращать внимание на состояние древесины, выяв-
ляя места, где начинается и развивается гниение — разрушение древеси-
ны низшими споровыми грибками. Развитие большинства грибков, вы-
зывающих гниение, происходит при влажности древесины в пределах
от 23 до 60 % и положительной температуре от 3 до 35 °C. Из этого сле-
дует, что на процесс гниения оказывают влияние климатические усло-
вия: влажность воздуха и продолжительность периодов положительных
температур. Наиболее уязвимыми для загнивания участками деревянных
конструкций являются сопряжения, врубки, швы в пакетах из досок,
брусьев и бревен и другие места, в которых может задерживаться влага,
а Проветривание их затруднено. В балочных и подкосных мостах обычно
гнилью поражаются участки сопряжения ярусов, соединения подкосов
со сваями и прогонами и в особенности сложные узлы с неплотностями
в сопряжениях отдельных частей (рис. 2.24). Конденсация влаги на ме-
талле в местах контакта металлических деталей с деревянными способ-
ствует загниванию древесины.
В наиболее неблагоприятных условиях находятся детали опор дере-
вянных мостов, подвергающиеся переменному увлажнению у поверх-
ности земли и горизонта водй. Элементы деревянных опор мостов в
относительно сухих песчаных грунтах мотут загнивать на глубину до 2 м.
В увлажненных, а также в плотных грунтах гниение глубоко не рас-
пространяется (до 0,5 м).
Поврежденные гнилью участки деревянных конструкций обнаружи-
вают внешним осмотром, остукиванием молотком, сверлением отвер-
стий, стеской верхних слоев и другими способами. При внешнем осмотре
места загнивания определяют по наличию грибков (их плодовых тел) на
поверхности, по цвету древесины, которая при загнивании приобретает
бурый, красный, табачный и другие оттенки, а также по мелким поверх-
ностным трещинам. Поврежденная гнилью древесина легко растирается
в порошок. Развитие гниения в глубь древесины устанавливают стеской
Рис. 2.24. Зоны, наибо-
лее уязвимые для загни-
вания (показаны штри-
ховкой)
82
Рис, 2.25. Трещины в элементах
деревянных мостов
верхних слоев, а также высверливанием проб древесины специальным
полым буравом. Пользуясь последним, можно получить образец древеси-
ны с определенной глубины для лабораторных исследований.
Для проверки состояния деревянных деталей, погруженных в грунт,
их в выборочном порядке откапывают на глубину 30- 60 см.
При ослаблении площади сечений элементов гнилью на глубину бо-
лее 2 см или более Чем на 15 % необходимо их прочность проверить рас-
четом.
Другим распространенным повреждением деревянных мостов
являются трещины (рис. 2.25). Небольшие продольные трещины
появляются вследствие усушки древесины. Если такие трещины не под-
ходят близко к врубкам, они обычно не представляют непосредственной
опасности. Крупные трещины у врубок, расположенные в плоскостях
скапывания или близко к ним, опасны, так как мотут привести к разру-
шению. Причиной появления таких трещин может быть неудовлетвори-
тельное выполнение врубок и сопряжений элементов: неплотное приле-
гание элементов во врубках, неравномерная работа шпонок и т. п.
В деревянных опорах, кроме перечисленных повреждений, могут
встречаться различные смещен и я: вертикальные осадки, крены и
перекосы. Причинами вертикальных осадок опор являются: осадки
свай (в свайных опорах) или грунта в основании опоры (ряжевые
и лежневые опоры); деформации древесины от действия усилий или
вследствие усушки (увлажнения); деформации в сопряжениях эле-
ментов опорет Если смещения произошли в Первое время эксплуатации,
имеют умеренную величину и в дальнейшем прекращаются, то они
не опасны. В этих случаях необходимо выправить путь на мосту, а иногда
и положение пролетных строений.
Под действием горизонтальных или внецентренно. приложенных
вертикальных сил при недостаточной несущей способности свай и жест-
кости опоры могут появиться ее крены и перекосы. Такие по-
вреждения наиболее вероятны при подмыве основания опоры. В этих
случаях необходимо принимать срочные меры по обеспечению нормаль-
ной работы опоры. Это достигается путем ее усиления постановкой
дополнительных связей, укосин, устройством ряжа с каменной засып-
кой и др.
83
В береговых опорах при большой высоте насыпи, неправильной
отсыпке конусов и недостаточной жесткости опоры могут происходить
их смещения в сторону русла.
На деревянных мостах должны иметься в необходимом количе-
стве и исправном состоянии противопожарные средства.
2.8.	Повреждения водопропускных труб
При обследовании труб особое внимание следует обращать на состоя-
ние их конструктивных элементов (звеньев, оголовков, фундаментов),
укрепление входных и выходных русел и откосов насыпи, состояние
противоналедных сооружений, характер пропуска воды через трубу и др.
Состояние элементов трубы, откосов, насыпи, входных и выходных ру-
сел устанавливают путем осмотра с применением различных приборов
и инструментов для выявления повреждений. Обследование с этой
целью проводят, как правило, после паводков. Характер пропуска воды
через трубу наблюдают во время высокого паводка.
Наиболее распространенными повреждениями каменных, бетонных
и железобетонных труб являются трещины, раскрытие швов, просадкй
отдельных звеньев или участков трубы, разрушение оголовков, наруше-
ние гидроизоляции, расстройство и выветривание кладки, вымывание
грунта около трубы.	/
Трещины в кладке трубы весьма разнообразны и имеют различные
причины возникновения и развития. Трещины могут быть поверхностны-
ми, глубокими и сквозными. Наиболее опасны продольные трещины в
зонах действия максимальных изгибающих моментов (в плоскости попе-
речного сечения) в кладке трубы. Эти трещины появляются в конструк-
циях с недостаточной прочностью. Значительное влияние на возникнове-
ние и развитие продольных трещин могут оказывать динамическое воз-
действие временной нагрузки при небольшой толщине насыпи над зам-
ком свода, а также неравномерность осадки фундамента трубы.
Поперечные трещины с большим раскрытием, а также раскрытие
поперечных швов появляются вследствие больших растягивающих про-
дольных сил, возникающих от горизонтального давления грунта; дей-
ствия больших изгибающих моментов в вертикальной плоскости, вы-
званных образованием пустот (вымоин под трубой), пучением грунта
или неравномерностью просадок грунтов в основании трубы. С подоб-
ными явлениями связано появление и развитие трещин в оголовках
трубы, а в некоторых случаях их отрыв от звеньев трубы, а также взаим-
ное смешение звеньев трубы. Расстройство швов и взаимное смещение
звеньев труб, эксплуатируемых в суровых климатических условиях,
часто вызывается деградацией вечной мерзлоты в основании трубы и
пучением грунтов, а также образованием наледей.
Участки с поврежденной гидроизоляцией определяются по просачи-
84
ванию воды через кладку, а также белым потекам продуктов выщелачи-
вания цементного камня.
Наличие пустот за кладкой трубы можно определить путем остуки-
вания кладки молотком, по просадкам насыпи и другим признакам.
Способы обнаружения и фиксации трещин аналогичны рассмотрен-
ным выше при обследовании железобетонных, бетонных и каменных
пролетных строений й опор. Для оценки скорости развития трещин и
различных смещений в необходимых случаях устанавливают длительные
наблюдения. Наблюдения за развитием трещин в конструкциях трубы
производят так же, как за трещинами в массивных опорах мостов.
Контроль взаимного смещения звеньев осуществляют путем периодиче-
ского измерения расстояния между двумя фиксированными точками
(марками), расположенными на взаимно смещаемых концах звеньев,
с помощью специальных съемных приборов (например, деформо-
метров).
Основными повреждениями водопропускных труб из гофрирован-
ной стали, получивших широкое применение при строительстве желез-
ных дорог в последние годы (впервые они были разработаны и примене-
ны в нашей стране в 1875 г.), являются коррозия металла, трещины и
разрывы в эонах болтовых и заклепочных соединений, сплющивание
(чрезмерная деформация поперечного сечения трубы с изменением
круглого очертания в эллипсовидное с метшим диаметром в вертикаль-
ном направлении), а также неравномерные в продольном направлении
просадки. Наиболее часто эти повреждения связаны с нарушением техно-
логии сооружения трубы. Следует отметить, что в настоящее время при-
менение гофрированных труб на железных дорогах указанием МПС за-
прещено.
При обследовании деревянных труб особое внимание необходимо
обращать на состояние древесины, качество соединений и правильность
положения элементов конструкции трубы.
Наряду с обследованием конструкции трубы производят тщатель-
ный осмотр русла водотока и насыпи в окрестностях входных и выход-
ных оголовков. Русло водотока перед трубой и за ней должно быть
прямым и хорошо расчищенным, входное и выходное русла водотока
около трубы укреплены мощением (в необходимых случаях с устрой-
ством рисберм). Откос насыпи со стороны входа обычно укрепляется
каменным мощением. Во время паводков могут появляться размывы
откосов насыпи, русл, подмыв оголовков, разрушение мощений. Эти
повреждения должны тщательно изучаться и регистрироваться при
обследовании с целью разработки надежных мероприятий по их устра-
нению и предупреждению появления в дальнейшем.
Глава 3
ИСПЫТАНИЯ СООРУЖЕНИЙ
3.1.	Цель и виды испытаний
Под испытанием сооружений в целом понимают совокупность опе-
раций, связанных с выявлением и проверкой состояния и работоспособ-
ности обследуемых инженерных сооружений или отдельных их эле-
ментов.
Результаты испытаний дают возможность оценить надежность приня-
тых методов расчета и конструирования, а также правильность техноло-
гии изготовления и эксплуатации конструкции или сооружения в целом.
Это важно не только для новых прогрессивных конструкций, работа
которых еще недостаточно изучена, но и для сооружений, находящихся
длительное время в эксплуатации.
Цель испытаний — выявить характер действительной работы мостов
или отдельных его элементов при воздействии эксплуатационной нагруз-
ки. Действительная работа конструкции может существенно отличаться
от расчетных предпосылок из-за несоответствия расчетных схем дейст-
вительным условиям работы, идеализации свойств материалов, точности
расчетов и др. Кроме того, при длительной эксплуатации мостов в них
могут протекать процессы, которые приводят к изменению условий ра-
боты конструкции, характера напряженного состояния и свойств мате-
риала. Эти несоответствия и изменения наиболее полно устанавливают
на основании испытаний. На основании результатов испытаний совер-
шенствуются методы расчетов.
Мосты испытывают:
при приемке новых сооружений в постоянную или временную экс-
плуатацию с целью установления их действительной грузоподъемности
и регистрации типовых характеристик: прогибов, перемещений опор-
ных частей, периодов и амплитуд вертикальных и горизонтальных коле-
баний пролетных строений, напряженного состояния в наиболее харак-
терных зонах и т. п. Эти данные сопоставляют с расчетными, а в дальней-
шем — с результатами последующих испытаний для выявления измене-
ний, происшедших в процессе эксплуатации сооружений;
при необходимости уточнения расчетов грузоподъемности сложных
систем эксплуатируемых мостов или мостов, запроектированных под
особые виды нагрузок;
после реконструкции или усиления, для оценки его эффективности;
периодически в процессе эксплуатации для выяснения изменений
в работе конструкции;
в специальных случаях с целью накопления данных для уточнения
86
расчетов мостовых конструкций, решения отдельных задач и проведения
научно-исследовательских работ.
При испытаниях мостовых конструкций в основном измеряют или
регистрируют общие перемещения, характеризующие работу конструк-
ций в целом (угловые и линейные перемещения пролетных строений или
отдельных их элементов, опор и т, д.), местные деформации, по кото-
рым определяют напряженное состояние элементов конструкций, и ди-
намические характеристики сооружения в целом или отдельных его эле-
ментов.
В зависимости от места проведения различают натурные и лабора-
торные испытания. Натурные испытания мостов носят обычно кратко-
временный характер (исключая длительное наблюдение)' и включают в
себя также последующую обработку и анализ результатов испытаний,
а в некоторых случаях — дополнительные лабораторные исследования.
В процессе натурных испытаний оцениваются соответствие действитель-
ной работы конструкции,принятой в расчете, несущая способность моста
в целом или отдельных его элементов, определяются жесткость пролет-
ных строений (иногда отдельных его элементов), характеризуемая об-
щими прогибами от эксплуатационной или испытательной нагрузки, ди-
намические и другие характеристики.
При лабораторных испытаниях оценивается усталостная прочность
материала пролетных строений или соединений, исследуется на моделях
характер напряженно-деформированного состояния отдельных узлов
пролетных строений или конструкций в целом, особенности перераспре-
деления усилий в элементах пролетных строений в зависимости от харак-
тера и типа нагрузки, определяются физике-механические характеристи-
ки материала, его химический состав, способы защиты от коррозии
и т. д. При проведении лабораторных испытаний учитываются масштаб-
ные и силовые факторы, скорость нагружения, очередность приложения
и снятия нагрузок, продолжительность их выдерживания и т. п.
По характеру внешнего силового воздействия на мост различают
два вида испытаний: статические и динамические. В процессе статиче-
ских испытаний оценивается деформативно-напряженное состояние кон-
струкции или отдельных ее элементов под воздействием статических
нагрузок, а при динамических испытаниях — динамические характерис-
тики пролетных строений (период, частота колебаний пролетных строе-
ний в целом или отдельных их элементов, собственные и вынужденные
колебания, скорость затухания колебаний, динамический коэффици-
ент и др.).
3.2.	Испытания мостов статической и динамической нагрузкам:
При проведении испытаний мосты загружают различными испыта-
тельными нагрузками. В процессе испытания моста в элементах и узлах
пролетных строений не должны развиваться значительные остаточные
деформации, поэтому испытательные нагрузки не должны быть чрезмер-
87
Рис. 3.1. Схема вибрационной машины для испытания пролетных строений мостов:
1, 2 — неуравновешенные массы поперечных валов; 3, 4 — то же продольных;
5 — захваты; 6 — колеса платформы; 7 — исследуемая конструкция; 8 — плат-
форма машины
но высокими. При статических испытаниях в качестве испытательной
нагрузки исйользуют временную нагрузку, принятую в проекте с уче-
том динамического коэффициента, при коэффициенте надежности по
нагрузке, равном единице, или используют наиболее тяжелую нагрузку
из обращающихся или вводимых в обращение по данному мосту. В не-
которых случаях при испытании отдельных элементов и узлов пролет-
ных строений и опор для нагружения можно использовать домкраты,
натяжные устройства, подвесные грузы или другие испытательные на-
грузки.
Для удобства работы и точности создания нагрузки необходимо
соблюдать правила: короткий период нагружения и разгружения;
простота и легкость процесса эагружения и разгружения; быстрота и
точность определения нагрузок в процессе испытаний. Испытательная
нагрузка не должна быть дополнительным конструктивным элементом.
Эффективным способом определения внешней нагрузки является поста-
новка динамометров между испытываемой конструкцией м нагрузкой.
Весовые характеристики транспортных средств, используемые при
испытаниях, уточняются до начала испытания. Вес локомотивов и под-
вижного состава допускается принимать по паспортным данным.
При динамических испытаниях в качестве испытательной нагрузки
используют: обращающиеся поезда, специальные испытательные поезда,
вибрационные машины, специальные взрывы для создания ударной на-
грузки. В первом случае динамическое воздействие на мост создается
проходящими поездами. Это позволяет оценить действительную работу
пролетного строения или отдельных его элементов от воздействия экс-
плуатационных нагрузок. Такие испытания обычно не нарушают график
движения поездов и позволяют оценить не только динамические харак-
теристики моста, но и режим его работы в условиях реальной эксплуата-
ции, что очень важно для определения надежности работы моста при его
длительной эксплуатации.
В некоторых случаях для оценки динамического воздействия опре-
деленных типов нагрузки по мостам пропускают специальные испыта-
88
тельные поезда, составленные из локомотивов и вагонов. Такие поезда
можно использовать для выяснения характера работы определенной кон-
струкции моста при динамическом воздействии конкретного типа на-
грузки. С целью получения более полных динамических характеристик
пролетного строения на мост воздействуют вибрационной нагрузкой,
создаваемой вибрационными машинами (рис. 3.1) с вращающимися
эксцентриковыми массами (/ — 4). Диапазон их регулирования доста-
точно велик, что позволяет создавать вынужденные колебания различ-
ных видов: вертикальные, горизонтальные (вдоль и поперек моста),
изгибно-крутильные, галопирующие и т. д. Вибрационная машина смон-
тирована на платформе 8, устанавливается на пролетном строении и
жестко крепится к путевым рельсам захватами 5. Место установки
определяется программой испытаний и типом конструкции. При работе
машины создается инерционная сила Р, изменяющаяся по гармониче-
скому закону:
Р = ma со2 sin ш?,	(3.1)
где т — масса эксцентрика; а — радиус нращсния эксцентрика; со — угловая
частота вращения; t — время.
Меняя а, т и скорость вращения, можно получить различные
периодические инерционные усилия в диапазоне вплоть до появления
резонанса в испытываемой конструкции. Вибрационные испытания в
некоторых случаях проводят с целью оценки усталостной прочности
пролетных строений. Для возбуждения свободных затухающих колеба-
ний резко разгружают пролетные строения — сбрасывают с них заранее
подвешенный или положенный груз. Таким способом испытываются
пролетные строения со сравнительно небольшой жесткостью. Аналогич-
ное воздействие получается, если груз бросают на пролетное строение.
Возбудить горизонтальные колебания пролетного строения можно ’’та-
раном”. Иногда для усиления ударного воздействия поезда на мосту
устраивают рельсовый стык с увеличенным зазором или ступеньку.
При изучении сейсмостойкости конструкций используют специаль-
ные ударные нагрузки — ударные импульсивные воздействия можно
вызвать направленным взрывом небольшой мощности. Важно отметить,
что перед проведением специальных динамических испытаний и после
них пролетное строение и опоры должны быть детально обследованы
для выявления возможных изменений, возникших в процессе испы-
таний.
3.3.	Организация и проведение испытаний
Испытания проводят по заранее разработанной программе и мето-
дике, в которых ясно сформулированы цель и задачи испытаний, подроб-
но указаны их очередность, способы измерения, виды нагрузок и места
89
их установки или скорости движения, тип и размещение приборов и
измерительной аппаратуры и их обслуживание, меры по технике без-
опасности и др. Испытания мостов делятся на три основных этапа: под-
готовительный, собственно испытания, обработка и анализ результатов
испытаний.
На первом этапе (подготовительном) детально анализи-
руют техническую документацию сооружения, результаты его обследова-
ния, разрабатывают методики испытаний с учетом всех факторов, влия-
ющих на достоверность результатов испытаний; заранее устанавливают
порядок величин, характер изменения ожидаемых деформаций и пере-
мещений (используют расчетные данные или результаты испытаний ана-
логичных конструкций) и на их основе выбирают аппаратуру и приборы
для испытаний. На выбор аппаратуры и приборов значительное влияние
оказывают сроки и объем работ в процессе испытаний. Для сокращения
времени испытаний и повышения качества измерений целесообразно ис-
пользовать аппаратуру и приборы с автоматической регистрацией изме-
ряемых величин. Нередко для проведения испытаний конструируют раз-
личные приспособления и приборы, удовлетворяющие требованиям ис-
пытаний данной конструкции. Эти приборы должны пройти метрологи-
ческую проверку.
Перед испытаниями разрабатывают детальную схему установки
измерительных приборов и обосновывают их выбор. Для записи показа-
ний приборов во время испытаний составляют специальные журналы.
Сроки подачи и вид испытательных нагрузок на мост заранее согласовы-
вают. При испытаниях эксплуатируемых мостов должны быть заблаго-
временно согласованы ’’окна” в графике движения поездов на время
испытаний.
Перед началом испытаний руководитель работ проводит уточнение
предусмотренных программой схем загружения моста, учитывая факти-
ческий состав и вес испытательной нагрузки.
Разработку схем загружения сооружения испытательной нагрузкой
проводят, руководствуясь линиями влияния (поверхностями влияния)
усилий (сил, моментов) в частях и элементах сооружения.
При выборе схем загружения следует стремиться к тому, чтобы в
исследуемых частях и элементах сооружений возникали возможно боль-
шие усилия.
Измерительные приборы перед испытаниями должны быть установ-
лены и надежно закреплены на конструкции для обеспечения стабильно-
сти показаний и защищены от внешних атмосферных воздействий. Перед
испытаниями необходимо проверить возможность доступа к приборам,
их освещение, а также выполнение мер по технике безопасности.
Второй этап испытаний выполняется непосредственно на мос-
ту. Испытание моста — это комплекс работ, включающий в себя измере-
ния характеристик напряженно-деформированного состояния сооруже-
ния или отдельных элементов, различных силовых и других воздействий,
оценку качества материала конструкции. Испытания начинают с установ-
90
ки приборов и аппаратуры и проверки их работы. После этого измеряют
различные характеристики: напряжения, деформации, перемещения
и др. от испытательных нагрузок и воздействий. При этом размеры на-
грузок и воздействий строго оценивают и регламентируют. В процессе
испытания с целью исключения грубых ошибок в измерениях выбороч-
но сравнивают расчетные характеристики с измеренными. Иногда для
детального исследования качества материала конструкции из ее элемен-
тов берут пробы (вырезают куски материала), которые исследуют в ла-
боратории.
Испытания моста статической нагрузкой начинают со снятия ’’нуле-
вых” показаний по всем приборам, затем приступают к предварительно-
му загружению — ’’обкатке”: пропускают подвижную нагрузку по про-
летному строению с малой скоростью, наблюдая за показаниями прибо-
ров. После снятия нагрузки вновь проверяют показания приборов.
Завершив эти работы, начинают загружать мост испытательной нагруз-
кой. Загружение повторяется не менее трех раз для каждого установлен-
ного программой испытаний положения нагрузки со снятием показаний
по приборам под нагрузкой и без нее. Важное условие проведения стати-
ческих испытаний — сокращение времени на снятие показаний приборов.
Для этих целей лучше пользоваться приборами с автоматической реги-
страцией показаний. При визуальной регистрации показаний число при-
боров, обслуживаемых одним наблюдателем, должно быть мини-
мальным.
Записи показаний приборов ведутся аккуратно в Журнале испытаний
по каждому циклу или ступени загружения. В Журнале фиксируются
дата проведения испытаний, время записи, характер загружения, место
приложения нагрузки, данные о поведении конструкции, толчках, уда-
рах, раскрытии трещин и т. д., а также об изменении температуры, атмос-
ферных осадках и т. д. Время выдержки испытательной нагрузки в каж-
дом из предусмотренных положений следует определять по стабилиза-
ции показаний измерительных приборов.
При испытании динамическими нагрузками испытательную нагруз-
ку прогоняют по месту с различными скоростями от 5 км/ч (’’прополза-
ние”) до максимально допустимой. Рекомендуется выполнять при раз-
ных скоростях не менее 10 заездов. Число заездов для каждой из задан-
ных скоростей должно быть не меньше трех. Тип, число и расположение
приборов зависят от цели испытаний. Например, для изучения общих
перемещений обычно регистрируют вертикальные и горизонтальные пе-
ремещения и колебания, а иногда и продольные перемещения и колеба-
ния пролетных строений. В пролетных строениях со сквозными главны-
ми фермами и со сплошными балками для измерения прогибов приборы
устанавливают в середине пролета обеих главных ферм (балок). Если
возможно появление колебаний высших форм, то устанавливают прибо-
ры и в четвертях пролета. Колебания регистрируются механическими
приборами Гейгера или осциллрграфами. Горизонтальные колебания ре-
гистрируют прогибомерами и горизонтальными маятниками конструк-
91
ции ДИИТа. В ряде случаев при проведении динамических испытаний
записывают изменения деформаций в отдельных элементах конструк-
ции. Число приборов и их размещение зависят от программы и цели ис-
пытаний. Скорость движения и число осей в проходящих поездах опре-
деляются при помощи специальных педалей и индукционных датчиков,
соединенных с регистрирующей аппаратурой.
Третий этап — последний, проводится после завершения по-
левых и лабораторных испытаний. Результаты испытаний тщательно об-
рабатывают, анализируют, сравнивают с расчетными и дают заключение
о грузоподъемности, надежности и условиях эксплуатации моста. На их
основании составляют технический отчет, который передается в органи-
зации, связанные с эксплуатацией (а в отдельных случаях и проектиро-
ванием) испытанного сооружения. Следует отметить, что испытания
моста — весьма ответственная и дорогостоящая операция, для успешно-
го выполнения которой требуются тщательная подготовка и высокая
организованность, а также строгое соблюдение правил техники безопас-
ности.
3.4.	Определение механических характеристик и качества
материала сооружений
Для оценки грузоподъемности и надежности моста необходимо
знать механические характеристики материалов. При отсутствии техни-
ческой документации на материал или явном несоответствии его качест-
ва проектным данным основные механические характеристики, а иногда
и химический состав материала определяют в процессе обследования и
испытания мостов. Оценить прочностные характеристики и качество ма-
териала можно в лабораторных и полевых условиях. Лабораторные
исследования дают наиболее полные и надежные результаты, однако для
их проведения требуется больше времени, а также взятие проб материа-
ла, что нередко связано с повреждениями конструкции. Полевые мето-
ды контроля позволяют быстро получить прочностные характеристики
материала, но они менее полны и точны.
Определение качества материала металлических элементов. В экс-
плуатируемых мостах можно встретить элементы, изготовленные из раз-
личных материалов: чугуна (опорные части), сварочного железа, литого
железа и современных сталей (малоуглеродистых, низколегированных
и др.). При обследовании важно установить род металла. Предварительно
это можно сделать по виду свежего излома снимаемой стружки. Для ли-
того железа характерна светлая мелкозернистая структура в изломе.
Аналогичный вид излома у современных сталей. В изломе сварочного
железа хорошо наблюдается слоистая структура серого цвета. Стружка
чугуна легко ломается и в изломе имеет крупнозернистую структуру
серого цвета. В сомнительных случаях род металла определяют металло-
графическими исследованиями образцов в лаборатории.
92
Рис. 3.Z Образцы для определения механических характеристик металла:
а — пятикратный гагаринский; б — нормальный плоский; а. — с надрезом для ис-
пытания на ударную вязкость; Ь = 20-5-30мм; 1^=5,65увЛ; h^lb
Основные механические характеристики и химический состав ме-
талла определяют при испытании образцов в лаборатории.
Образцы изготавливают из проб (заготовок), вырезанных из пролетных
строений (ножовкой или высверливанием, газовой резкой) так, чтобы
не сильно ослабить рабочую часть сечения элемента. Следует помнить, что
при изготовлении образцов из заготовки, вырезанной газовой резкой,
рабочая поверхность образца от кромки реэа должна быть удалена не ме-
нее чем на 10 мм. Заготовки для образцов берутся по возможности из
разных элементов пролетного строения (поясов, раскосов, проезжей
части), но не из второстепенных устройств (перил, смотровых приспо-
соблений и пр.). Места вырезки заготовок, произведенной высверлива-
нием или газовой резкой, должны быть обработаны наждачным кругом
для уничтожения резких концентраторов напряжения и перекрыты на-
кладками. На каждой вырезанной заготовке должны быть обозначены
масляной краской номер и направление, параллельное оси элемента, из
которого вырезана заготовка. В ведомости заготовок, направляемых в
лабораторию, указывают номера заготовок, их размеры и места вырезки
с соответствующими пояснениями.
Предел прочности (временное сопротивление), предел текучести, от-
носительное удлинение или сужение стали определяют на стандартных
образцах, чаще всего на пятикратных гагаринских или нормальных плос-
ких (рис. 3.2, а, б). Для определения ударной вязкости изготовляют
образцы с надрезом (рис. 3.2, в). Число образцов каждого типа должно
быть не менее трех. Размеры вырезаемых заготовок для образцов (с при-
пуском на их обработку) составляют: на гагаринский образец — 15 х
х 65 мм, на плоский образец — 45 х 400 мм, на образец с надрезом --
15 х 60 мм. Толщина при этом берется равной толщине металла в про-
летном строении. Из этих же образцов можно взять пробы для химичес-
93
Рис. 3.3. Прибор Попади:
1 — боек; 2 — трубка;
3 — пружина; 4 — эталон;
5 — шарик; 6 — испытуе-
мый элемент
кого анализа: 50 г стружки или кусочек с
плоской поверхностью площадью не ме-
нее 2 см2 (для спектрального анализа).
Прокатный металл обладает различными
механическими характеристиками вдоль и
поперек прокатки, поэтому образцы строго
ориентируют по направлению прокатки или
передачи усилия. Направления показывают на
заготовках. В местах появления трещин
делают микрошлиф поверхности металла и то
место, где подозревается наличие трещины,
зачищают, шлифуют, а затем доводят наждач-
ной бумагой. После доводки шлиф обезжи-
ривают техническим спиртом, денатуратом
или ацетоном и протравливают 10-15%-ным
водным раствором азотной кислоты. Смочен
ный шлиф выдерживают до появления на нем
синеватой пленки азотнокислого железа, после
чего его тщательно промывают водой и выти-
рают насухо. При недостаточной четкости
шлифа при наличии на нем царапин следует
повторить шлифование. Готовый шлиф осмат-
ривают через лупу 4—10-кратного увеличения.
В случае затруднительности изготовления микрошлифа допускается
полукруглым острым крейцмейселем осторожно снять тонкую стружку
с поверхности металла по направлению предполагаемой трещины. Струж-
ку нужно снять таким образом, чтобы трещина приходилась примерно
посередине ее ширины. Раздваивание стружки по линии предполагаемой
трещины подтверждает наличие последней.
Из полевых методов оценки прочностных характеристик стали
наиболее широко распространен метод вдавливания шари-
ка в испытуемый материал. По этому методу определяют
твердость металла, а по ней — предел прочности, так как эти характерис-
тики обладают наиболее устойчивой связью между собой. Определение
предела текучести по твердости или пределу прочности дает значительные
погрешности. Ошибка при определении предела прочности по твердости
составляет примерно ±7 %; при переходе от предела прочности к пре-
делу текучести погрешность достигает ± 30 %.
Твердость стали, а по ней и прочность определяют прибором Поль-
ди (рис. 3.3), который состоит из трубки 2, в которую вставляется
боек 1, прижимаемый пружиной 3 к эталону 4 квадратного сечения.
Твердость материала эталона Нэ известна (определена в. лаборатории
заранее). Эталон зажимают между бойком и шариком 5. При испыта-
нии прибор устанавливают шариком нормально к предварительно защи-
щенной поверхности 6 и по бойку наносят удар молотком: получаются
два отпечатка шарика — один на эталоне, другой на поверхности элемен-
94
та. По размерам полученных отпечатков определяют твердость металла
элемента:
Dy/D1 - d2
v	э
Я = Н ------. , —г
°	3 D — \/d2 -d2
(3.2)
где D — диаметр шарика; d$, d — диаметры отпечатков шарика соответственно
на эталоне и на элементе.
Более точные результаты получают в том случае, когда твердость
материала эталона и элемента примерно одинаковы.
Предел прочности, МПа, по твердости определяют по эмпирической
зависимости
где к — постоянный коэффициент для данного металла; HQ — твердость метал-
ла, МПа.
Для углеродистой стали к = 0,36. По твердости можно приблизи-
тельно определить содержание углерода С в незакаленной углеродистой
стали:
Содержание С, %...........0,05	0,15	0,20	0,30	0,40	0,50
Твердость металла, МПа....1100	1200	1350	1560	1650	1800
Определение качества железобетонных конструкций. Прочность
бетона эксплуатируемых железобетонных конструкций определить
сложно, так как бетон — неоднородный материал, прочность которого
зависит от многих факторов и может значительно различаться в преде-
лах одного элемента.
Для лабораторных испытаний из конструкций вырезают керны для
изготовления образцов. Наиболее удобный способ взятия проб — выбу-
ривание цилиндров диаметром 70—150 мм. Пробы имеют большие раз-
меры, поэтому взять их из элементов железобетонных конструкций не
всегда возможно. Таким методом прочность бетона можно оценивать
лишь в отдельных эонах массивных элементов. Широко применяются
неразрушающие методы, позволяющие оценивать прочность бетона без
разрушения. Нераэрушающйе методы по подготовке к испытаниям мож-
но разделить на две группы. К первой группе относятся методы, в кото-
рых прочность бетона определяют по значению усилия, затрачиваемого
на выдергивание стержней, заранее забетонированных в тело бетона или
установленных в шпуры, высверленные в бетоне конструкции. Ко вто-
рой группе относятся методы определения прочности бетона: 1) по от-
печаткам на поверхности от удара молотком, зубилом, шариком или
другим бойком — метод пластических деформаций; 2) по отскоку
бойка; 3) по скорости прохождения ультразвука.
Метод пластических деформаций основан на нали-
чии.связи между прочностью бетона R и значением косвенного показа-
95
Рис. 3.4. Молоток Кашкарова:
1 - головка; 2 — рукоятка; 3 — эта-
лонный стержень; 4 — стакан; 5 —
стальной шарик; 6 — испытуемый эле-
мент
теля, характеризующего внедрение сферического инъектора в бетон при
определенной энергии удара. Этот метод реализуется при помощи раз-
личных устройств, например молотков Кима, Кашкарова и др.
Принцип действия эталонного молотка К. П. Кашкарова (рис. 3.4)
аналогичен принципу действия прибора Польди, с той разницей, что удар,
наносится самим эталонным молотком. При ударе боек (стальной шарик
диаметром 15 мм) оставляет на поверхности бетона вмятину диамет-
ром dB, а на эталонном стержне (круглого сечения из СтЗ диамет-
ром 10 мм) — отпечаток диаметром d . Для 10 ударов, нанесенных по
Рис. 3.5. Склерометр Шмцдта:
а — продольный разрез; б — общий вцд; 1 — исследуемая конструкция;
2 — ударный стержень; 3 — колпачок; 4 — ударная пружина; 5 — окно
со шкалой; б — движок со стержнем; 7 — направляющий стержень;
8 — направляющая шайба; 9 — нажимная пружина; 10 — крышка; 11 —_
стопорная кнопка; 12 корпус; 13 — молот; 14 — крышка с наждач-
ным камнем; 15 — футляр; 16 — прибор
96
Рис. 3.6. Зависимость по-
казаний склерометра
Шмидта (Д - перемещение
движка после удара в ,ус-
ловных единицах) от ку-
биковой прочности бетона
на сжатие
проверяемому элементу, определяется усредненное отношение ^бМэт-
Прочность бетона оценивается по корреляционной зависимости между
d5l<l3r и пределом прочности бетона на сжатие, устанавливаемой экс-
периментально. При этом должны учитываться конкретные условия
изготовления конструкции и твердения бетона, сроки испытаний, шеро-
ховатость, влажность и другие особенности состояния поверхности кон-
струкции и т. п. Для эксплуатируемых сооружений указанную зависи-
мость уточняют на образцах, взятых из соответствующих элементов.
Склерометр Шмидта получил широкое распространение при испы-
тании мостов (метод отскока бойка). Принцип работы прибо-
ра заключается в следующем. Легким нажатием на головку ударного
стержня 2 (рис. 3.5, а) снимают блокировку 11, при этом стержень вы-
двигается из корпуса. Затем нажимают ударным стержнем на исследуе-
мую поверхность 1, Предварительно зачищенную наждачным камнем.
Как только стержень почти полностью войдет в корпус, ударяет мо-
лот 13. В момент удара прибор должен находиться строго перпендику-
лярно к поверхности исследуемой конструкции. После удара молот 13
отскакивает назад, перемещая движок 6 по градуированной шкале 5.
Отсчет положения движка 6 дает значение обратного перемещения
молота 13, по которому определяется прочность конструкции по графи-
ку, изображенному на корпусе прибора (рис. 3.5, б). Измерения произ-
водят в 10 точках обработанной поверхности. За расчетное принимают
’среднее значение прочности. Прибор эталонирован в горизонтальном по-
ложения. Если склерометр устанавливается на наклонных горизонталь-
ных поверхностях, то размер обратного хода нужно корректировать
(рис. 3.6). При исследовании старых бетонов поверхностный слой снима-
ют на глубину до 10 мм и проводят 5—10 измерений.
Метод определения прочности бетона по скорости про-
хождения ультразвука основан на зависимости между проч-
1 Зак. 1188
97
ностью бетона R и скоростью v распространения в бетоне ультразву-
ка. Ультразвуковые волны распространяются под действием внутрен-
них сил упругости бетона. Колебания могут быть продольными, совпа-
дающими с направлением ультразвука, и поперечными, перпендикуляр-
ными к этому направлению. Скорость распространения ультразвука —
функция продольной, сдвиговой и поперечной упругости, плотности и
геометрической формы.
Отсутствие прямой связи между прочностью (упругими характерис-
тиками) материала и скоростью прохождения через него ультразвука
существенно осложняет оценку прочности. При испытании бетона ультра-
звуком нужно учитывать факторы, влияющие на зависимость между
скоростью распространения ультразвука и прочностью (характеристики
заполнителей, их содержание в бетоне, технология изготовления, темпе-
ратура и пр.). Для учета влияния этих факторов строят тарировочные
кривые зависимости скорости ультразвука от прочности бетона по ис-
пытанию кубиков (рис. 3.7).
Если испытывают эксплуатируемые мосты, состав бетона которых
неизвестен, то для установления связи между скоростью ультразвука
и прочностью бетона можно дополнительно испытать керны, взятые из
конструкции. В этом случае прочность бетона
у
R =R'(-^,	(3.4)
к к '	'
к
где R.' — прочность бетона, полученная в результате испытания кернов на прессе;
v ' , v — скорости прохождения ультразвука в кернах и в бетоне конструкции.
Рис. 3.7. Зависимость между
скоростью распространения
ультразвука в бетоне V и его
прочностью R :
1 — заполнитель в бетоне — круп-
ный песчаник; 2 — заполни-
тель—’доломит
Рис. 3.8. Блок-схема ультразвукового им-
пульсного прибора:
1 — задающий генератор; 2 — блок масштаб-
ных меток времени; 3 — блок ждущей раз-
. вертки; 4 — высокочастотный генератор
импульса; 5 — осциллограмма; б — шкала
времени; 7 — усилитель; 8 — испытуемый
элемент; 9 — приемник: 10 — излучатель
98
Рис. 3.9. Ультразвуковой прибор для определения прочности бетона
"Бетон -5”:
1 — излучатель; 2 — шкалы измерения; 3 — приемник; 4 — эталон
Влияние различных факторов на скорость прохождения ультразвука
можно учитывать дифференцированно введением поправочных коэффи-
циентов. Оценка же влияния отдельных факторов возможна лишь по ре-
зультатам испытаний. Точность определения прочности бетона ультразву-
ковым методом составляет приблизительно 10 %.
Существует много ультразвуковых приборов для определения
прочности бетона, работающих по принципиальной схеме электронного
осциллографа со ждущей разверткой. Рассмотрим схему ультразвуково-
го импульсного прибора (рис. 3.8). Импульсы тока, возбуждаемые вы-
сокочастотным генератором 4, периодически подаются на излучатель 10,
в котором они преобразуются в ультразвуковые и посылаются в испы-
туемый элемент. Одновременно поступает электрический сигнал в блок
ждущей развертки 3, и происходит ее запуск. Пройдя через испытуе-
мый элемент, ультразвуковые импульсы попадают в приемник 9, в
котором снова преобразуются в электрические и поступают на усили-
тель 7, а с него — на электронно-лучевую трубку, вызывая вертикальное
отклонение электронного луча. Моменты посылки ультразвукового
импульса в бетон и приема его на экране электронно-лучевой трубки
отмечаются ’’всплесками” на осциллограмме 5. Расстояние между ними
в определенном масштабе соответствует времени t прохождения им-
пульса через испытуемый элемент. На экране электронно-лучевой труб-
ки при помощи блока 2 наносится шкала времени б, по которой опре-
99
деляется время t. По времени t и толщине исследуемого элемента I
устанавливается скорость прохождения ультразвука г = l/t„ а по ней—
прочность бетона по тарировочным кривым. Современные ультразвуко-
вые приборы (рис. 3.9) позволяют испытывать бетонные конструкции
толщиной 0,1—12 м.
3.5.	Способы выявления скрытых дефектов
Внутри элементов мостовых конструкций и их соединений могут быть
дефекты или повреждения (трещины, раковины, пустоты, поры, инород-
ные включения и др.), снижающие эксплуатационную надежность. Такие
дефекты выявить визуально нельзя. Для обнаружения скрытых дефек-
тов и повреждений широко применяют дефектоскопы, основанные на ис-
пользовании акустических и магнитных методов, радиоактивных излуче-
ний и рентгеновских лучей.
Акустические методы основаны на использовании упругих волн
широкого частотного диапазона. В зависимости от частоты упругие коле-
бания делятся на инфразвуковые (до 20 Гц), звуковые (от 20 Гц до
20 кГц) и ультразвуковые (от 20 кГц и более). Из этих частот при конт-
роле акустическими методами используют звуковой и ультразвуковой
диапазоны. Упругие волны в ультразвуковом диапазоне излучаются
в непрерывном или импульсном режиме. Использование ультразвука
позволяет осуществлять неразрушающий контроль разных узлов и эле-
ментов конструкций, изготовленных из различных материалов. Работа
дефектоскопа основана на частичном отражении и рассеянии ультразвуко-
вых волн нарушениями сплошности (трещйнами, расслоениями, пусто-
тами и т. п.) или однородности строения материала исследуемой конст-
рукции. Дефектоскоп посылает в контролируемое изделие ультразвуко-
вые волны частотой от 0,5 до 25 МГц и регистрирует параметры волн,
прошедших через конструкцию (сквозное прозвучивание) или отражен-
ных от поверхностей, на которых акустические характеристики материа-
ла испытывают изменения (эхо-метод).
Для возбуждения упругих колебаний в различных материалах исполь-
зуют пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи.
Рис. 3.10. Структурная схема простей-
шего эходефектоскопа:
I — поверхность ввода ультразвука; II —
донная поверхность; Д — дефект; Н —
начальный зондирующий сигнал; Дон —
донный эхо-сигнал; Деф — эхо-сигнал
от дефекта; 1 — генератор импульсов;
2 — хронизатор; 3 — генератор разверт-
ки; 4 — индикатор (электронно-лучевая
трубка); 5 — приемный тракт; 6 —
контролируемая конструкция; 7 — ис-
катель
100
Рис. 3.11. Ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66ПМ:
1 — излучатель; 2 — экран визуального наблюдения; 3 — искательная
головка
Ультразвуковые волны вводятся искателем (пьезоэлектрическим преоб-
'разователем) в контролируемую конструкцию преимущественно кон-
тактным способом со смазкой.
Скрытые дефекты в металлических и железобетонных конструкциях
чаще всего определяют эхо-методом с импульсным излучением. В простей-
шем эхо-дефектоскопе (рис. 3.10) реализуется свойство ^ преломления
и отражения ультразвуковых волн от границ раздела двух различных
сред. Если на пути ультразвукового сигнала окажется дефект (например,
трещина, раковина, шлаковое включение), акустическое сопротивление
которого отличается от обычного для данного материала, то произойдет
преломление и отражение волны, и на экране электронно-лучевой трубки
[появится дополнительный импульс. Определив время, скорость и направ-
ление прохождения ультразвука, можно установить место дефекта. На
рис. 3.11 показан дефектоскоп ДУК-66ПМ, применяемый для обнаруже-
ния скрытых дефектов. Для оценки качества бетона его прозвучивают ме-
тодом, рассмотренным в п. 3.4. По резкому изменению скорости рас-
пространения ультразвука в отдельных частях конструкции можно уста-
новить снижение плотности бетона, наличие пустот, трещин и т. д.
Наличие дефектов и повреждений в сварных швах устанавливают при
помощи призматических щупов-излучателей с углами наклона ультразву-
ки
Рис. 3.12. Схема действия щупа-ю лучателя:
1 — щуп-излучатель; 2 — траектория движения щупа-излучателя; 3 — харак-
тер импульса на экране электронно-лучевой трубки при ук^заш^ых положе-
ниях щупа-излучателя; I — длина трещины; Il_, I , I , h , h ,
тр	к	Лг	1	Л/	1	-Л,
Р — координаты трещины
ковой волны 30° — 60° (рис. 3.12). Щуп перемещают по волнообразной
траектории вдоль шва. При обнаружении дефекта на осциллограмме
электронно-лучевой трубки появляется импульс (’’всплеск”). Одновре-
менно подается звуковой или световой сигнал. Для определения границ
дефекта щуп перемещают в разные стороны от положения, при котором
зарегистрирован импульс, до тех пор, пока его амплитуда А на экране
не уменьшится примерно вдвое. Это положение щупа соответствует гра-
нице дефекта. Зная координаты положения щупа и наклон ультразвуко-
вого луча Р‘, можно определить границы повреждения.
Импульсный ультразвуковой метод удобно использовать при длитель-
ных наблюдениях за изменением структуры и прочности бетона.
Метод акустической эмиссии используется для обнаружения повреж-
дений в мостовых конструкциях и получения информации о процессах,
протекающих внутри материала. Метод основан на регистрации акустиче-
ских волн, возникающих в твердых телах при пластической деформации
и появлении микротрещин. Фиксируя волны эмиссии, можно обнаружить
опасные дефекты и прогнозировать работоспособность отдельных элемен-
тов конструкций. Сущность метода заключается в следующем. На поверх-
ность исследуемой конструкции устанавливают одну или несколько ис-
кательных головок (рис. 3.13, а), чувствительных к сдвиговым дефор-
мациям или поверхностным волнам, работающим на частоте 1 — 3 МГц.
В процессе работы или испытания в конструкции могут развиваться зна-
чительные деформации и появляться трещины. Их появление сопровож-
дается вспышками эмиссии волн напряжений, носящими импульсный
характер.
Звуковые колебания (волны), излучаемые дефектами, а также сме-
щающимися дислокациями при нагружении конструкции воспринимают-
ся искательной головкой, и по ним определяется дефект и его место
расположения.
102
Рассмотрим принципиальную блок-схему эмиссионной установки
(рис. 3.13, б). Вспышки эмиссии, достигшие искательной головки 1,
преобразуются в электрические сигналы и подаются на предусилитель 2,
•где происходит усиление сигнала. Затем они проходят через электронный
фильтр 3, в котором удаляется низкочастотная информация, и посту-
пают в усилитель 4, а после этого — по двум каналам в регулирующий
блок 5 и на дискриминатор и селектор 6. С селектора они попадают
в устройство 7 для записи на магнитной ленте и счетчик сигналов. При-
бор питается от источника 8.
Перед испытаниями устанавливают определенный минимальный
уровень сигнала (порог), выше которого аппаратура учитывает сигна-
лы. Сигналы акустической эмиссии (АЭ) регистрируются следующими
способами: записью на магнитную ленту, выводом числа сигналов на
цифровое табло, звуковым выводом на динамик, в котором слышны
характерные щелчки, интенсивность которых нарастает при развитии де-
фектов и приближении пластического состояния материала, выводом
на экран осциллографа, графопостроитель (координатный самописец).
О наличии дефекта судят по появлению сигналов акустической
эмиссии, об уровне напряженного состояния — по интенсивности сигна-
лов акустической эмиссии (число сигналов в 1 с).
Метод акустической эмиссии позволяет с большой точностью опре-
делять координаты дефекта. Для этого устанавливается несколько при-
емников колебаний (искательных головок). Координаты определяются
на основании анализа разницы времени поступления сигнала акустиче-
ской эмиссии на разные приемники. В современных приборах этот ана-
лиз выполняет микропроцессор, вмонтированный в прибор, он же по-
казывает на графопостроителе места расположения дефектов на иссле-
дуемой конструкции.
Магнитными методами обнаруживают дефекты и повреждения в
ферромагнитных материалах, определяют толщину защитного слоя и
расположение арматуры в железобетонных конструкциях, толщину
антикоррозионных покрытий стальных конструкций и др. Обнаружение
Рис. 3.13. Метод акустической эмиссии:
а — схема установки искательной головки; б — блок-схема акустической
эмиссионной установки; I — искательная головка; 2 —предусилитель;
3 — электронный фильтр; 4 — усилитель; 5 — регулирующий блок; 6 —
селектор; 7 — устройство записи на ленту; 8— источник питания
103
Рис. 3.14. Индукционный прибор для
проверки положения и диаметра арма-
туры итолщины защитного слоя:
1 — выносной индуктивный преобразо-
ватель; 2 — преобразователь в корпусе
прибора; 3 — стержень для регулирова -
ния индуктивного сопротивления; 4 —
гальванометр; 5 — арматурный стер-
жень; 6 — железобетонный элемент
дефектов и повреждений в виде трещин, пор, инородных включений в
элементах из ферромагнитных материалов основано на выявлении об-
разующихся в их зоне полей рассеивания магнитного потока. Для выяв-
ления полей рассеивания, а следовательно, и дефектов в простейшем
случае используют магнитный порошок или его смеси с маловязкой
жидкостью (например, керосином), нанося их на поверхность исследуе-
мого элемента. При действии магнитного поля эти частицы образуют
своеобразный узор в зоне расположения дефекта. Более надежные ре-
зультаты получают при наложении на исследуемые участки магнитной
пленки. После намагничивания расшифровывают зарегистрированные
на пленке поля рассеивания.
Другой, более эффективный метод фиксации полей рассеивания
основан на использовании магнитных щелевых головок магнитофонного
типа, устанавливаемых в плоскости П-образного электромагнита. Маг-
нитная головка представляет собой кольцевой разомкнутый сердечник
с щелью шириной 7—20 мкм с обмоткой. Основное магнитное поле
создается П-образным магнитом. При установке такого устройства на
поверхность элемента над дефектом возникает поле рассеивания, кото-
рое наводит э.д.с. в магнитной головке. Наведенная э.д.с. подается на
регистрирующий прибор, по которому судят о дефекте в элементе.
Рассмотрим схему прибора индукционного типа (рис. 3.14) для
определения положения арматуры в железобетоне, толщины защитного
слоя и диаметра стержней. Индуктивный преобразователь 1 передви-
гается по поверхности исследуемой железобетонной конструкции или
детали. Отдельно от него в корпусе прибора расположен аналогичный
преобразователь 2 с ферромагнитным смещаемым элементом 3, пред-
назначенным для изменения индуктивного сопротивления при баланси-
ровке схемы. По мере приближения преобразователя 1 к арматурному
стержню разбаланс (зависит от толщины защитного слоя, диаметра стерж-
ня и ориентировки преобразователя по отношению к его направлению)
будет уменьшаться. Шкала гальванометра проградуирована в миллимет-
рах защитного слоя для арматурных стержней разного диаметра. Уста-
новив расположение стержней, передвигают преобразователь 1 ъррпь
контролируемого стержня до положения, соответствующего минималь-
104
ному отсчету, следя за тем, чтобы преобразователь находился между
пересечениями арматуры. Записав толщины защитного слоя по шкалам
всех диаметров, повторяет отсчет, поместив между бетоном и преобра-
зователем прокладку толщиной 10 мм из диамагнитного материала.
Диаметр арматуры будет соответствовать показанию по той шкале, по
которой разность отсчетов окажется равной 10 мм.
Рентгенографические и гаммаграфические методы позволяют об-
наруживать дефекты и повреждения в металлах, бетоне и железобетоне,
полимерах и других материалах. Этими методами можно определять
положение арматуры, ее размеры в железобетонных и других армиро-
ванных конструкциях. Эти методы основаны на использовании рентге-
новских, 7-лучей или других для фотографирования скрытых дефектов
и повреждений. Исследуемый элемент просвечивают лучами при помощи
специальных установок (рис. 3.15). Проникающая способность этих
лучей зависит от плотности материала, толщины элемента и др. В зонах
с порами, раковинами, трещинами проникающая способность лучей
будет выше. В зависимости от интенсивности прошедшего излучения на
фотопленке получаются участки с различной затемненностью. По нали-
чию затемненных мест и степени затемнения судят о характере и разме-
рах дефектов и повреждений.
Для регистрации излучения применяют ксерорадиографические
пластинки из металлических подложек, покрытых тонким слоем аморф-
ного селена. В темноте селен способен воспринимать и удерживать элек-
трический заряд, утечка которого пропорциональна интенсивности па-
дающего луча. После экспонирования на поверхности пластинки остает-
ся часть заряда, интенсивность которого можно выявить напылением
мелкого порошка, заряженного электрическим зарядом противополож-
ного знака. По распределению этого порошка на пластинке определяют
наличие дефектов и повреждений.
Источниками излучения могут служить рентгеновские трубки, бетат-
роны или радиоактивные изотопы. Рентгеновские лучи возникают в ре-
зультате бомбардировки металлической мишени высокоскоростными
электронами, ускоренными за счет разности потенциалов между като-
Рис. 3.15. Схема просвечи-
вания сварного элемента:
1 — источник излучения;
2 — эталон чувствительно-
сти; 3 — защитная свин-
цовая пластинка; 4 — фо-
топленка; 5 — кассета;
6 — сварной элемент
105
дом и мишенью. В бетатронах в отличие от рентгеновских трубок элек-
троны ускоряются под воздействием пульсирующего магнитного поля.
Источники 7-лучей — радиоактивные изотопы — по сравнению с рент-
геновскими установками более компактны, не требуют источников пи-
тания. При использовании 7-лучей нужно иметь надежную защиту. В ка-
честве радиоактивных изотопов часто применяют кобальт-60 (Со60) и
цезий-137 (Cs137), Метод 7-излучений обладает меньшей чувствитель-
ностью, чем рентгенографический.
При работе с источниками излучения нужно очень строго соблюдать
правила техники безопасности.
3.6.	Техника безопасности при проведении испытаний
Выполнение работ по испытанию сооружений требует строгого со-
блюдения комплекса мероприятий по обеспечению безопасности работ.
Рабочая программа по испытанию сооружений должна содержать реше-
ния по обеспечению безопасности работ с учетом специфики данного
сооружения, его конструкции, местоположения, нагрузки, а также про-
изводства работ по подготовке к испытанию и его проведению.
К выполнению работ по обследованию и испытаниям мостов допус-
каются работники, прошедшие обучение и проверку знаний, инструкта-
жи по охране труда в соответствии с требованиями СНиП Ш-4-80 и
ГОСТ 12.0.004-79.
До начала полевых работ по обследованию и испытаниям все участ-
вующие в них работники должны быть проинструктированы своими ру-
ководителями о безопасных методах проведения работ с учетом особен-
ностей данного конкретного объекта и о действиях в случаях обнаруже-
ния отклонений от нормальной работы сооружения.
Для выполнения работ, к которым предъявляются дополнительные
(повышенные) требования по безопасности труда, ответственному ис-
полнителю работ выдается наряд-допуск на производство работ повы-
шенной опасности. Работающие должны быть обучены безопасным ме-
тодам и приемам ведения таких работ по типовым программам. Для
возможности проведения обследования и испытаний (осмотра, инстру-'
ментальных измерений, установки и снятия приборов и взятия отсчетов
по ним) организация, в ведении которой находится сооружение, обя-
зана осуществлять меры, обеспечивающие безопасные условия работы.
Работники, участвующие в работах на объектах обследований и ис-
пытаний, должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты
(спецодеждой, спецобувью и предохранительными приспособлениями,
спецсвязью и снабжены аптечкой с набором необходимых медикаментов
и средств оказания первой помощи).
Подмости и смотровые ходы, расположенные над землей, водой
или конструкцией на высоте 1 м и более, должны быть ограждены пе-
рилами. Подъем и спуск людей на подмости разрешается только по на-
106
дежно закрепленным лестницам. Лестницы должны устанавливаться
с уклоном, не превышающим 60°. Запрещается установка лестниц на
различных подкладках. Одновременное проведение работ в двух или
более ярусах по одной вертикали допускается только при принятии мер
обеспечения безопасности работающих внизу.
При обследовании сооружений, особенно в стесненных условиях
(между балками, в коробах, на ригелях опор и г. п.), все работающие
должны быть предельно внимательны. Не следует делать резких движе-
ний и перемещаться бегом.
При остукивании заклепок, зашлакованных сварных швов, поржа-
вевших металлических элементов, поверхности бетона следует, как
правило, пользоваться защитными очками или козырьками.
При работе на электрифицированных участках или вблизи высоко-
вольтных линий электропередачи (в том числе контактной сети) запре-
щается приближаться или подносить какие-либо предметы на расстояние
менее 2 м к находящимся под напряжением и неогражденным проводам
или частям контактной сети. Особенно внимательно за этим необходимо
следить при работах с предметами большой длины (штангами, металли-
ческими рулетками, отрезками проволоки и т. д.). При невозможности
соблюдения этого требования линия, по согласованию с организацией,
в ведении которой она находится, должна быть обесточена.
К работе с ручными электрическими инструментами и приборами
при напряжении сети более 42 В допускаются только специально про-
инструктированные работники, знающие безопасные методы работы, ме-
ры защиты при работе с электрическим током и приемы оказания пер-
вой помощи при поражении им.
Работы с лебедками, домкратами и другими специальными приспо-
соблениями при проведении обследований и испытаний производятся
под руководством работника, отвечающего за безопасное производство
работ и имеющего соответствующую квалификацию и опыт.
Работы по обследованию и испытаниям сооружений, движение по
которым прекращается частично, не должны нарушать безопасность дви-
жения транспорта, а организация работ должна обеспечивать безопас-
ность работающих. На подходах к мосту выставляются сигналисты. Со-
трудники мостостанций должны иметь защитные каски, а при работе на
проезжей части сооружений, находящихся в эксплуатации, обязаны наде-
вать сигнальные жилеты оранжевого цвета.
На время испытаний подходы к автодорожным и городским мостам
ограждаются в соответствии с требованиями действующих правил до-
рожного движения, а нахождение на сооружении и под ним не занятых в
испытаниях людей не допускается.
Работники, непосредственно участвующие в испытаниях, должны на-
ходиться на своих рабочих местах: сотрудники мостостанции — в местах,
указанных руководителем работ мостостанции; водители транспортных
средств, загружающих конструкцию, — в кабинах транспортных средств;
другие работники (например, составители поездов, дежурные электри-
107
ки, связисты, сигналисты и т. п.) — в местах, указанных их непосредст-
венными руководителями.
При проведении вибрационных испытаний запрещается приближать-
ся к незащищенным эксцентрикам работающей вибромашины на рас-
стояние менее 1,5 м.
При проведении испытаний ударной нагрузкой запрещается прибли-
жаться к намеченному месту падения груза на расстояние менее 3 м.
При работах на старых деревянных сооружениях и настилах следует
соблюдать особую осторожность в связи с тем, что в них могут быть эле-
менты, утратившие прочность вследствие загнивания, элементы с нару-
шенными прикреплениями и т. п.
На мостах через реки шириной более 100 м (по уровню меженных
вод) руководитель работ обязан до начала обследования проверить нали-
чие спасательных средств. На воде должны находиться подготовленные
плавсредства (катера или лодки, спасательные жилеты и круги, мега-
фон, веревки и др.).
При работе на объектах в зимних условиях должны приниматься
меры по обеспечению возможности периодического обогрева работаю-
щих. Работа людей со льда допускается при его толщине не менее 15 см
(без учета толщины снежного покрова) и расстоянии до кромки льда
не менее 5 м.
С целью обеспечения безопасности людей, участвующих в проведе-
нии испытаний, и предотвращения резкого обрушения конструкции в
процессе испытания, устраивают страховочные подмости, которые мог-
ли бы принять на себя массу обрушающихся конструкций. Страховочные
подмости, кроме того, должны ограничивать перемещение сжатых эле-
ментов при потере устойчивости испытываемых конструкций. Проч-
ность страховочных подмостей должна быть проверена расчетом. Под-
мости проектируют так, чтобы зазоры между ними и элементами испы-
тываемых конструкций не препятствовали перемещениям элементов
конструкций во время испытаний. Подстраховка конструкций осу-
ществляется также специальными растяжками, упорами, балками, тра-
версами, рамами и др.
Применение радиоактивных веществ для проведения испытаний
конструкций на транспорте допускается- только после получения спе-
циального разрешения и согласования с соответствующими службами
дороги. Работа с радиоактивными веществами связана с опасностью,
создаваемой радиоактивным излучением, что требует беспрекословно-
го выполнения санитарных правил и норм, регламентирующих порядок
работы. Для обнаружения и оценки воздействия излучений пользуются
пленочным и карманными дозиметрами, а также счетчиками Гейгера-
Мюллера.
Перед началом работ с источниками радиоактивного излучения все
работающие обеспечиваются индивидуальными дозиметрами. Дозы об-
лучения, полученные каждым работающим, регистрируются в специаль-
ном журнале.
Недельная доза не должна превышать 0,1 Р, годовая — 5 бзр. В пе-
риод рентгенометрических и радиометрических испытаний мощность
дозы излучения в месте нахождения исследователя не должна превы-
шать 2,8 мР/ч, а на ближайших рабочих местах — 0,28 мР/ч. Зона, в кото-
рой уровень радиации превышает 0,28 мР/ч, должна быть ограждена
переносным барьером, а также таблицами и плакатами, предупреждаю-
щими об опасности.
При использовании установок и аппаратов радиометрии и рентгено-
скопии необходимо выполнять требования Санитарных правил промыш-
ленной 7-дефектоскопии и Санитарных правил работы с радиоактивны-
ми веществами и источниками ионизирующих излучений Государствен-
ной сайитарной инспекции РФ.
Контроль выполнения требований охраны труда и техники безопас-
ности при проведении полевых и лабораторных работ по обследованию
и испытаниям осуществляет руководитель работ.
Глава 4
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРИ ИСПЫТАНИЯХ СООРУЖЕНИЙ
4-1. Методы измерения напряжений
При проведении испытаний сооружений для оценки напряженного
состояния отдельных элементов или узлов используют следующие мето-
ды измерения напряжений.
Метод тензометрии. Этот метод является основным при экспери-
ментальном определении напряжений. Суть метода состоит в том, что
с помощью специальных точных приборов, называемых тензометрами1,
измеряют деформации в какой-либо точке (зоне) элемента и по их вели-
чине, используя зависимость Гука, определяют напряжения. Деформации
измеряют на отрезке, длина которого называется базой St при работе
в упругой стадии. Тензометрами измеряют абсолютное удлинение (уко-
рочение) базы Д S и по нему определяют среднюю относительную
деформацию е = Для того чтобы средняя относительная деформа-
ция точнее отражала истинную, база S должна быть по возможности
меньшей.
При линейном напряженном состоянии для определения напряже-
ния достаточно измерить Д5 на базе, расположенной по направлению
действующего усилия. По полученному значению е и известному моду-
лю упругости Е вычисляют напряжение о = еЕ.
В случае плоского напряженного состояния в заданной зоне (точке)
измеряют деформации в двух или трех направлениях.
Когда известны направления главных напряжений и а , доста-
точно провести измерения на базах по направлению и о2-По изме-
ренным деформациям определяют главные относительные деформации
и е2, и вычисляют главные напряжения по формулам:
Е
Oi=	де2);
(4-1)
° 2 = ГГ7"(е2 + peP ’
где д-коэффициент Пуассона.
1 Тензометр — от латинского ’’тензум” (напрягать,растягивать) и греческого
"метро” (измеряю).
110
Когда положение осей главных напряжений неизвестно, деформации
измеряют в трех направлениях. Обычно одно из направлений выбирают
произвольно, а два других — под углами 45° и 90° или 60° и 120° к не-
му. Относительные деформации обозначают соответственно е0> е45,
с90 J™* 1 ео’ ебо’ е12о‘
По измеренным в трех направлениях деформациям можно опреде-
лить главные относительные деформации.
Для первого случая
е1 )2 = -^Ц-е-Й ± V%0-e4S)2 + (e90- e4S)2’,	(4.2)
для второго случая
- - ,
+ f <e60 “ е120^1 •	(4.3)
Угол наклона а между направлением Oj и произвольно выбранным
направлением определяют по формулам:
2С45	% - е90
tg 2а = ----------------;
ео" е90
1
(еб0 ~ е120^
tg2a =--------j--------------——.
ео~ 3 (ео“ ебО~ е12<Р
Положительный угол следует откладывать по ходу часовой стрелки.
Подставив Cj и е2 из формул (4.2) или (4.3) в формулы (4.1), по-
лучают напряжения Oj и а2-
Поляризационно-оптический метод. Среди экспериментальных ме-
тодов исследования сложного напряженного состояния поляризационно-
оптический метод является основным. Этот метод основан на свойстве
большинства прозрачных изотропных материалов приобретать под дей-
ствием напряжений (деформаций) способность двойного .лучепрелом-
ления, величину которого измеряют оптическими приборами при про-
свечивании модели поляризованным светом. Свойство поляризации и
свойство двойного лучепреломления — оптические явления, лежащие
в основе поляризационно-оптического метода.
1П1
Рйс. 4.1. Схема полярископа:
1 — источник света; 2, 4 — линзы; 3 — диафрагма; 5 — поляризатор; 6 —
слюдяные пластинки; 7 — исследуемая модель; 8— анализатор; 9 — линза
камеры; 10 — экран
При этом используют так называемые оптически активные прозрач-
ные материалы (стекло, целлулоид, материалы, полученные на основе
эпоксидных смол и др.), которые обладают свойством двойного прелом-
ления светового луча при напряженно-деформированном состоянии.
Для исследования напряженного состояния из оптически активного ма-
териала изготовляют модель узла или детали конструкции, которую
просвечивают в специальной установке, называемой полярископом
(рис. 4.1).
Просвечивание производят пучком плоекополяризованного света,
в котором световые колебания в отличие от пучка естественного света
происходят в одной плоскости. Для поляризацйи естественный луч
света пропускают через поляризатор (рис. 4.2), например, призму
Николя, изготовленную из кристаллов исландского щпата, или специ-
Рис. 4.2. Схема прохождения луча света в полярископе:
? ~ плоскополярнзованный луч; II — плоскополяризованные лучи в плос-
костях действия главных напряжений; III — плоскополяризованный луч,
выходящий из анализатора; 7 - источник света; 2 - поляризатор; 3 - мо-
дель; 4 — анализатор; 5 — экран
112
альные поляроиды. Кроме поляризатора, в полярископе имеется ана-
лизатор, аналогичный по конструкции поляризатору.
В зависимости от взаимного расположения плоскостей поляриза-
ции поляризатора (П — IT) и анализатора (А — А) освещенность экрана,
расположенного за анализатором, будет меняться: при их совпадении —
освещенность максимальная; при взаимно перпендикулярном распо-
ложении — прошедший сквозь поляризатор луч будет полностью пога-
шен анализатором. Такое положение будет наблюдаться при отсутствии
модели между поляризатором и анализатором или при ее наличии, если
она не нагружена. Если модель нагрузить в ее плоскости, то плоскополя-
ризованный луч, проходя через модель, вследствие двойного преломле-
ния разложится на два луча, плоскости колебания у которых взаимно
перпендикулярны и совпадают с направлением главных напряжений.
Поскольку оптические свойства материала зависят от величины главных
напряжений, скорости лучей и время прохождения их через модель
различны. Экспериментально установлено, что разность скоростей лу-
чей пропорциональна разности главных напряжений. Формула, выра-
жающая закон фотоупругости в количественном отношении имеет Вид:
5 = cKfi (Oj - а2),	(4-4)
где 8 — разность хода лучей; с — оптическая постоянная, зависящая от длины
А.
волны монохроматического луча, от источника света и от оптических свойств ма-
териала модели; h — толщина модели.
Выходящие из модели два луча с разностью хода. 8 не могут интер-
ферировать (складываться в соответствующие им колебания). Прохо-
дя через анализатор, они поляризуются и интерферируются. При этом
амплитуда суммарных колебаний зависит от разности хода.
В оптике доказано, что интенсивность луча пропорциональна квад-
рату амплитуды. Интенсивность вышедшего из анализатора луча
1 = 1 sin2 2а sin2-----,	(4-5)
0	X
где I® - интенсивность луча, падающего на модель; а— угол поворота плоскостей
поляризации анализатора (А - А) и поляризатора (77 - ГГ), которые взаимно пер-
пендикулярны, относительно направлений главных напряжений (рис. 4.3); X —
длина волны.
Из уравнения (4.5) видно, что при совпадении направлений главных
напряжений в данной точке с плоскостями поляризации анализатора и
поляризатора, т. е. когда а = 0, —-, я,... интенсивность луча, падаю-
щего на экран, равна нулю, и рассматриваемая точка на экране будет
темной. Совокупности этих точек на экране образуют темные полосы,
113
называемые изоклинами, представляющими собой геометрическое
место точек, в которых наклон направлений главных напряжений одина-
ков. Поворачивая одновременно поляризатор и анализатор на опреде-
ленный угол, можно получить на экране и зарисовать или сфотографиро-
вать семейства изоклин.
Из формул (4.4) и (4.5) следует, что при разностях главных напря-
жений о - и2, соответствующих разностям хода лучей 5, кратным
Х(8 = X, 2Х, . . . т X), интенсивность луча, падающего на экран, равна
нулю. Это состояние на экране будет отмечено черными точками, сли-
вающимися в темные полосы. Поскольку условие затухания не может
быть выполнено сразу для всех составляющих белого цвета, полосы по-
лучаются цветными. Каждой полосе будет соответствовать свое целое
число т, называемое порядком полосы. Эти полосы называются
изохромами. Каждая полоса соответствует постоянному значению
ау - о2- Разность главных напряжений - °2 = %> вызывающая
разность хода лучей, равную длине волны, называется ценой полосы.
Величину оо легко получить из формулы (4.4), приняв о = X:
Значение разности главных напряжений для полосы порядка т мож-
но записать как
о
1
°2 = т °0
(4-6)
Изохромы фотографируют или зарисовывают с экрана. Цену поло-
сы определяют экспериментально на моделях путем создания в них на-
пряжений известной величины и наблюдения за вызванной ими карти-
ной полос (рис. 4.4).
Р
Рис. 4.3. Схема взаимного
расположения плоскостей
поляризации и направле-
ний главных напряжений
Рис. 4.4. Изохромы
в модели колонны
при загружении ее
силой Р
114
Для отделения на экране изохром от изоклин за поляризатором и
анализатором ставят скрещенные слюдяные пластинки в ’’четверть вол-
ны”. Плоскости поляризации пластинок располагают под углом 45° к
плоскостям поляризации анализатора и поляризатора, а толщину плас-
тинок подбирают так, чтобы плоскополяризованный луч с длиной вол-
ны л раскладывался пластинкой на два луча с разностью хода —.
Тогда возникнет так называемая круговая поляризация, вызывающая
быструю смену изображений изоклин, практически незаметных на
экране.
Итак, оптический метод дает возможность непосредственно полу-
чать направления главных напряжений и их разность ах — а2. Имея
эти данные, в любой точке модели можно определить касательные напря-
жения для различных площадок по формуле:
т =----------------sin 2а.
а	2
В случае линейного напряженного состояния задача по определению
напряжений решается просто, так как тогда о2 = 0 и, следовательно,
разность °1- °2 равна самому напряжению ох, величина которого на-
ходится непосредственно из опыта по формуле (4.6)- Для определения
напряжений при плоском напряженном состоянии используют различ-
ные методы. Один из экспериментальных методов основан на измере-
нии изменения толщины модели при ее нагружении. На основании обоб-
щенного закона Гука относительная поперечная деформация
откуда
Дй£
где Е, р— модуль упругости и коэффициент Пуассона материала модели; Д/г —
изменение толщины модели.
Изменение толщины модели в интересующих точках можно изме-
рить различными приборами, например, индикаторами. Зная сумму и
разность главных напряжений, определяют каждое из них. Из вычисли-
тельных методов определения главных напряжений следует отметить
методы численного интегрирования вдоль траектории главного направле-
ния или вдоль прямых, проведенных параллельно координатным осям.
115
Важным вопросом является переход от модели к элементу. Из тео-
рии упругости известно, что распределение напряжений в элементе, на-
ходящемся в плоском напряженном состоянии, не зависит от модуля
упругости и коэффициента Пуассона. Поэтому в геометрически подоб-
ных моделях и элементах, выполненных из разных материалов и имею-
щих подобие в нагрузке, закон распределения деформаций и напряже-
ний будет одинаков. Формула перехода от напряжений в модели к
напряжениям в элементе о имеет вид:
Ам
где —-т,	— отношение толщин модели и элемента; 	 - отношение Coot-
'S---------------------------------------------S р
э	э
ветствующих линейных размеров контура модели и элемента; —р  - отно-
м
шение нагрузок на элемент и модель.
Следует отметить, что формула (4.7) для пластин с отверстиями
является приближенной, дающей незначительную погрешность.
Поляризационно-оптический метод широко используется для иссле-
дования деталей, находящихся в объемном напряженном состоянии.
Для зтой цели используют способ ’’замораживания” или составные
модели. Способ замораживания основан на использовании свойств не-
которых материалов (синтетические смолы и др.) сохранять оптическую
анизотропию, вызванную деформацией, благодаря специальной терми-
ческой обработке (замораживанию). Процесс исследования заключается
в следующем. Объемную модель из оптически активного материала за-
гружают в нагретом состоянии, после чего, не снимая нагрузки, охлаж-
дают в специальном термостате при определенном режиме. Затем модель
разрезают алмазными фрезами на тонкие пластинки со строгой фикса-
цией их положения в модели. Обычно пластинки из одной зоны выреза-
ют таким образом, чтобы они располагались в двух взаимно перпенди-
кулярных плоскостях. Эти пластинки исследуют в полярископе изло-
женным ранее способом. Получив данные о напряженном состоянии
в пластинках, определяют компоненты напряжений в пространственной
модели и затем переходят к элементу. При переходе от модели к эле-
менту возникают трудности, связанные с различием коэффициентов Пу-
ассона материала модели и элемента. Опыт показывает, что это различие
может приводить к ошибкам в оценке величин главных напряжений
до 15 %.
В последнее время поляризационно-оптический метод применяют
для исследования напряженного состояния в поверхностных слоях дета-
лей и элементов, изготовленных из обычных материалов — металла, бе-
тона и др. С этой целью исследуемый участок элемента покрывают тон-
ким слоем оптически активного материала, называемого фотоупругим
116
покрытием, который изготавливается на основе эпоксидных смол. По-
крытие воспроизводит деформации верхнего слоя элемента при его на-
гружении. При облучении покрытия Поляризованным пучком света,
который отражается от поверхности элемента, можно получить картину
полос, аналогичных получаемым при просвечивании прозрачных мо-
делей.
Применение этого метода позволяет исследовать напряженное со-
стояние натурных элементов конструкций в лаборатории и неПосред- ,
ственно в сооружениях. Покрытия на конструкции могут сохраняться
в течение длительного времени. Это дает возможность использовать ме-
тод фотоупругих покрытий для наблюдения за изменениями в работе
конструкций.
Метод хрупких покрытий. Суть метода состоит в следующем. На
поверхности исследуемого элемента тонким слоем (0,05—0,10 мм)
наносят специальный лак, твердые канифольные смолы, оксидирован-
ную алюминиевую фольгу и др., образуя хрупкое покрытие. При на-
гружении элемента в покрытии возникают трещины, перпендикулярные
действию главных растягивающих напряжений с^. Таким образом,
полученные трещины являются траекториями главных напряжений а2-
По последовательности появления трещин судят о характере изменения
напряженного состояния в процессе нагружения и наиболее напряженных
зонах. При определении главных сжимающих напряжений лаком покры-
вают элемент в нагруженном состоянии. После высыхания покрытия
элемент разгружают. В процессе разгрузки в покрытии появляются тре-
щины, перпендикулярные действию главных сжимающих напряжений,
возникающих при загружении элемента. Трещины совпадают с траек-
торией о . Таким образом, по трещинам в покрытии можно построить
траектории главных напряжений. Значения главных напряжений опреде-
ляют либо непосредственным тензометрированием, либо по тензочувст-
вительности покрытия, определяемой относительным удлинением етр>
при котором возникает трещина.
При непосредственном тензометрировании (после испытаний На об-
разование трещин в покрытии) производят измерение главных напря-
жений в наиболее характерных точках.
Этот способ дает достаточно надежные результаты по величинам
напряжений и выявляет общую картину распределения главных напря-
жений.
Точность определения главных напряжений по тензочувствительно-
сти покрытия зависит от качества покрытия, величины и стабильности
относительного удлинения етр. Применяемые в настоящее время по-
крытия имеют = 3-1СГ34~3«10~4, что соответствует напряжению
в стали 6 — 60 ivftla. Определение е производят экспериментально.
Тарировочную консольную балку или специальный тарировочный эле-
мент с покрытием нагружают до появления первой трещины. Нагруз-
ку Р, соответствующую появлению трещины, фиксируют. На основа-
117
: при испытании на кон-
нии этих испытаний определяют значение е*р
сольной балке
6Р I
т
~ £ bh2 ’
т
при испытании на растягиваемом элементе
4
е = --------,
тр Е F
т
где I — расстоян ие от точки приложения нагрузки иа койсоли до трещины;/?* —
модуль упругости материала тарировочного образца; b,h-~ ширина и высота се-
чения консольной балки в зоне появления трещины; F — площадь поперечного
сечения элемента.
Элементы с покрытиями при испытаниях нагружают постепенно,
давая выдержку после увеличения нагрузки на определенную ступень,
величина которой составляет не более 10 % от наибольшей испытатель-
ной нагрузки. При этом фиксируют значение нагрузки Р*, при которой
появились трещины в покрытии, т. е. деформации в этих зонах достигли
е , и фотографируют характер расположения трещин с указанием по-
следовательности их развития. В упругой стадии работы значение отно-
сительной деформации на поверхности испытуемого элемента под соот-
ветствующими трещинами в покрытии от произвольной нагрузки Р
Р
emax Р* Стр'
В случае линейного напряженного состояния, напряжение от нагруз-
ки Р в этих точках
Р
о = ----е F.
р »р
т
При плоском напряженном состоянии необходимо учитывать влия-
ние о2 на величину относительной деформации етах-
Следует отметить, что на появление трещин в хрупком покрытии
значительное влияние могут оказывать различные факторы: усадочные
напряжения в покрытии, температура при проведении испытаний, неста-
бильность механических характеристик покрытия и др.
Погрешности оценки напряжений по этому методу могут дости-
гать 10—15 %.
Магнитометрический метод. Основан на использовании явления
магнитной анизотропии (магнитострикции и магнитоупругости), воз-
никающей в материале конструкции при изменении напряженного со-
стояния.
Эффект магнитострикции заключается в изменении формы и разме-
ров ферромагнитных материалов при их намагничивании. Сущность эф-
фекта магнитоупругости состоит в изменении намагниченности ферро-
магнитного материала в зависимости от действующих механических
напряжений.
Зависимость между напряжением -а, магнитной проницаемостью д,
магнитной индукцией Bs и удельным значением магнитострикции
Xs имеет вид:
а =	(4.8)
М 2
где Дц — приращение магнитной проницаемости в результате действия механиче-
ских напряжений О.
Эта зависимость подтверждена экспериментами. В выражении (4.8)
видна связь между явлениями магнитострикции и магнитоупругости.
Указанная физическая взаимосвязь использована при разработке прибо-
ров и аппаратуры для измерения механических напряжений в элементах
конструкций. Из числа приборов, работающих по данному принципу
и применяемых при испытаниях мостов, следует отметить прибор
Н. Н. Максимова и измеритель остаточных напряжений И0Н-4М.
Действие И0Н-4М как и прибора Н. Н. Максимова основано на ис-
пользовании эффекта магнитоупругости. При создании напряжений в
элементе (детали) из ферромагнитного материала в направлении дей-
ствия нормальных напряжений изменяются магнитные характеристики
материала. Эти изменения трансформируются в электрические сигналы,
которые регистрируются прибором. В результате устанавливается связь
между измеряемыми механическими напряжениями и значениями элек-
трических сигналов.
Работа прибора И0Н-4М заключается в следующем. Блок питания Г/
(рис. 4.5, а) вырабатывает ток со стабилизированным напряжением,
необходимый для питания генератора Г, усилителя низкой частоты У
и измерительной схемы С. Переменное напряжение фиксированной час-
тоты после усиления усилителем низкой частоты подается на обмотку
возбуждения датчика Д (преобразователя). Датчик представляет собой
преобразователь трансформаторного типа с пятиполюсным магнито-
проводом, на центральном полюсе которого расположена обмотка воз-
буждения О$, а на четырех периферийных — измерительные обмот-
ки: Ov Ог, О , О4 (рис. 4.5, б), соединенные попарно в диаметраль-
ных направлениях (рис. 4.5, в) и включенные в диагонали электрических
мостов измерительной схемы.,
Для обеспечения контакта полюсов с поверхностью1 испытуемого
элемента они имеют свободное продольное перемещение около 2 мм
119
Рис. 4.5. Схемы прибора ИОН-4М:
а - структурная; б — расположения обмоток в датчике; в — соединения обмоток;
П — блок питания; Г — генератор; У — усилитель; Д — датчик; Я—индикатор;
С — измерительная схема; О — О — обмотки
и подпружинены. На боковой поверхности датчика имеются метки,
соответствующие осям х—х и у—у.
Прибор (рис. 4.6) выполнен в виде двух отдельных частей: элек-
тронного блока и датчика, соединенных между собой кабелем.
Для измерения напряжений датчик устанавливают на испытуемый
элемент, в поверхностном слое которого наводится переменное магнит-
ное Поле. В местах установки датчика поверхность должна быть очищена
до металлического блеска и размагничена. Места установки заранее раз-
мечают с обозначением осевой линии.
Если напряжения в элементе отсутствуют или поле напряжений рав-
номерно (при о j — о2), то индуцируемые э.д.с. в периферийных обмот-
ках (вследствие одинаковой магнитной проницаемости материала эле-
мента во всех направлениях) будут равны, и гальванометр (индикатор)
покажет нулевой отсчет. При наличци в металле неравномерного поля
напряжений равенство магнитных потоков и э.д.с. нарушается, в связи
с чем гальванометр покажет наличие тока, величина которого пропор-
циональна разности напряжений, действующих в направлении основных
осей датчика (х—х, у—у}  При вращении датчика в плоскости измерения
напряжений показания гальванометра изменяются, причем минимальное
и максимальное показания соответствуют совпадению одной из основ-
ных осей датчика с направлением главных напряжений в элементе. Та-
ким образом, этот прибор можно использовать и для выявления на-
правления главных напряжений.
Величину напряжений определяют по показаниям индикатора с ис-
пользованием данных тарировки, осушествленнЬй на образцах, изготов-
ленных из того же материала, что и испытуемый элемент.
Этот прибор можно использовать для измерения как напряжений от
временной нагрузки, так и остаточных напряжений, а также напряжений
от собственного веса конструкции, что является его особым достоин-
ством. При измерении прибором остаточных напряжений и напряжений
от собственного веса не требуется проводить каких-либо вспомогатель-
ных операций (вырезки металла, сверления отверстий и др.), как это де-
120
лается при измерениях с применением так называемых методов раз-
резки.
Магнитометрический метод применим и для измерения напряжений
в элементах конструкций из неферромагнитных материалов (бетона,
дерева, пластмассы и др.). С этой целью на поверхность испытуемого
элемента в зонах измерения напряжений наклеивают тонкие пластинки
из ферромагнетика с таким расчетом, чтобы измеряемые деформации
(напряжения) воспроизводились в наклеенных пластинках. Деформации
(напряжения) в этих пластинках измеряют, как изложено ранее. От из-
меренных деформаций в пластинках переходят к напряжениям в испы-
туемом элементе с учетом разницы в упругих постоянных (модуля
упругости и коэффициента Пуассона) материала пластинки и элемента.
На точность результатов измерений оказывают значительное влияние
начальная магнитная анизотропия металла, температура, магнитный
гистерезис при последовательных нагрузках и разгрузках элемента, ста-
бильность установки датчика и др.
Оценку напряженного состояния металла по его магнитным характе-
ристикам можно проводить с использованием так называемых ’’маг-
нитных меток”. Сущность ее заключается в наведении внешним магнит-
ным полем остаточной намагниченности в отдельных локализованных
зонах исследуемого металла. При изменении напряженного состояния
последнего меняется и намагниченность этих ’’меток”, являющихся, та-
ким образом, своеобразными индикаторами механических напряжений.
Наведение и индикация намагниченности меток производятся с по-
мощью специальных переносных приборов.
Важно отметить, что по ’’меткам” фиксируется лишь изменение
напряженного состояния с момента их нанесения. На точность измерений
оказывает существенное влияние нестабильность намагниченности
’’меток”, зависящая от марки металла. Этот способ нашел практическое
применение в приборах для контроля натяжения арматуры в железобе-
тонных конструкциях.
Рис. 4.6. Общий вцд прибо-
ра ИОН-4М:-
1 — электронный блок; 2—
кабель; 3 — датчик
121
Метод муаровых полос. Этот метод получил большое развитие. Он
дает возможность получить картину распределения перемещений и де-
формаций сразу на всей поверхности исследуемой модели или элемента
конструкции. Суть метода состоит в том, что на поверхность исследуе-
мой конструкции до ее нагружения наносится сетка линий с частотой
в 5—100 линий на 1 мм. После нагружения конструкции внешней нагруз-
кой сетка деформируется. Совмещая изображения сетки до и после де-
формации получают картину деформаций. Эту операцию выполняют
с помощью отдельных негативов или специальной эталонной сетки.
Деформированную сетку наблюдают через эталонную либо проекти-
руют на экран, где образуется так называемый муаровый эффект. Ана-
лизируя картину муаровых полос, можно получить качественную и ко-
личественную характеристики распределения перемещений и деформа-
ций. Преимущество метода муаровых полос состоит в том, что он приме-
ним при значительных деформациях независимо от того, носят они упру-
гий или упруго-пластический характер.
Голографический метод. Голография1 - метод получения изобра-
жений объекта, основанный на интерференции волн. На фотопластинку
одновременно с ’’сигнальной” волной, рассеянной объектом, направляют
’’опорную” волну от того же источника света и получают голограмму,
т. е. зафиксированную на фотопластинке интерференционную картину.
Если эту голограмму облучить лучом лазера в той же оптической систе-
ме, то возникает пространственное изображение предмета. Совмещение
голограмм объекта исследований до и после загружения порождает
картину полос, по которой можно судить о деформированном состоянии
объекта. В настоящее время этот метод интенсивно развивается.
4.2. Измерение напряжений методом тензометрии
Для измерения напряжений (деформаций) методом тензометрии
применяют различные по принципу действия и конструкции приборы,
называемые тензометрами.
Механические тензометры. Тензометры этого типа часто исполь-
зуют при испытаниях мостов и других сооружений статическими на-
грузками. Из механических тензометров при испытании мостов наибо-
лее широко применяют тензометры различных конструкций (Гуген-
бергера, Аистова) с двухрычажной кинематической схемой (рис. 4.7).
Жесткая станина 1 тензометра с левой стороны имеет острую неподвиж-
ную ножку, а с правой — треугольный вырез для опирания призмы,
являющейся малым плечом рычага первого рода 4. Верхняя часть этого
рычага (плечо А) шарнирно при помощи коромысла 2 соединена с дру-
гим рычагом (стрелкой) второго рода 3, прикрепленным шарнирно
к станине 1. Расстояние между неподвижной ножкой и подвижной
1 От греческого’’холос” (весь, полный) и ’’гр'афио” (пишу).
122
призмой является базой S. При установке острая ножка и призма при
помощи струбцин прижимаются и врезаются в поверхность элемента.
При деформации испытуемого элемента на базе S нижний конец рыча-
га 4 (призма) переместится на расстояние Д S. Это в свою очередь
вызовет перемещение п нижнего конца рычага 3 (стрелки), которое
определяют по шкале с миллиметровыми делениями. Отношение
~— = т называется передаточным числом или коэффициентом
увеличения тензометра. Значение m для различных моделей прибора
колеблется от 800 до 2000. Шкала обычно имеет 40 миллиметровых
делений. Следовательно, максимальное значение Д5, которое может
быть измерено без перестановки стрелки, равно мм.
Конструктивное оформление прибора показано на рис. 4.8. Принци-
пиальная кинематическая схема обеих моделей одна и та же. Станина 2
опирается на конструкцию с помощью неподвижной 1 и подвиж-
ной 9 ножек. Рычаг 8, являющийся продолжением подвижной ножки,
соединен со стрелкой 5 с помощью коромысла 6, удерживаемого в ра-
бочем положении пружиной 7. Установка стрелки на нуль производит-
ся изменением положения верхней части стойки 3 после ослабления
винта 4. Во второй модели установка стрелки осуществляется вращени-
ем винта 10, перемещающим колодку 11, на которой закреплена ось
стрелки.
Обычно тензометры имеют собственную постоянную базу S =
= (10 — 20) мм. В некоторых моделях собственная база тензометра мо-
жет иметь два значения. Это достигается путем перестановки пластинок
с треугольными вырезами для опирания подвижной призмы. В тех слу-
Рис. 4.7. Кинематическая схема
двухрычажного тензометра:
1 — станина; 2 — коромысло;
3 — рычаг (стрелка) второго
рода; 4 — рычаг первого рода;
а — малое плечо рычага 4; А —
большое плечо рычага 4; й —
перемещение стрелки по шка-
ле; S — база, тенз омера; Д5 —
измеряемая деформация
123
чаях, когда длина базы тензометра недостаточна, к прибору привинчи-
вают удлинители, увеличивающие базу до 500 мм.
Для установки тензометра пользуются различными струбцинами и
другими приспособлениями. От качества установки тензометра зависит
его работа. Тензометр должен быть прижат к испытуемой поверхности
силой 20- 30 Н. Чрезмерное прижатие прибора может привести к выкра-
шиванию ножей призмы и другим повреждениям, слабое — к проскаль-
зыванию. Правильность установки тензометра проверяют путем откло-
нения стрелки прибора на 2—4 деления в сторону. При правильной уста-
новке прибора стрелка не должна ’’ползти” по шкале, а после несколь-
ких колебаний должна возвращаться в первоначальное положение. Из-
меряемую деформацию (напряжение) определяют по разности отсчетов
по шкале прибора до и после нагружения конструкции (элемента). Ме-
ханические тензометры благодаря простоте конструкции, малому весу,
сравнительно высокой точности и надежности измерений, а также воз-
можности быстрой подготовки к измерениям широко используют при
статических испытаниях мостов.
Тензометры Гугенбергера имеют недостатки, заключающиеся в
ограниченности измерения деформаций (до 40 мкм) без перестановки
стрелки, сложности работы на открытом воздухе в ветреную погоду,
наличии мертвого хода в шарнирных соединениях. Эти недостатки в
значительной степени исключены в тензометрах ТА-2 конструкции
Аистова Н. Н. с электроконтактом и переменной базой измерения. Этот
прибор имеет станину 5 (рис. 4.9), опирающуюся на две ножки, расстоя-
ние между которыми может изменяться. Собственная база тензометра S
составляет 20—50 мм, а при наличии удлинителей может изменяться
Рис. 4.8. Двухрычажный тензометр-
а - первая модель; б- вторая модель;
J - неподвижная ножка; 2 _ станина;
стойка; 4, 10 - винты; 5 - стрел-
ка; 6-коромысло; 7-пружина; 8-
рычаг; 9 - подвижная ножка; 11 -
подвижная колодка
124
Рис. 4.9. Тензометр Н. Н. Аистова ТА-2 со счетчиком оборотов лимба:
1 — струбцина для крепления тензометра; 2 — счетчик оборотов лимба;
3 — лимб; 4 — стойка; 5 — станина с переменной базой; 6 — звуковой
индикатор (телефон); 7 — блок питания
до 200 мм. Подвижная призма соединена со стойкой 4. Остальная часть
прибора смонтирована на верхней части станины, изолированной от ниж-
ней. В верхней части станины расположен микрометренный винт с лим-
бом 3 и счетчиком оборотов 2. Установив тензометр на конструкции,
его закрепляют струбциной 1, подключают блок питания 7 и вывинчи-
вают микрометренный винт вращением лимба 3 до контакта со стой-
кой 4- Контакт определяется по электросигналу (звонку или свечению
лампочки). В этот момент берут отсчет по шкале лимба 3. После
снятия отсчета лимб отводят в обратную сторону до прекращения сиг-
нала.
После нагружения конструкции снова вращают лимб до появления
электросигнала, после чего берут отсчет С^. Разность отсчетов Cj-C2=
= ДС пропорциональна деформации Д5,т.е.
к&С,
где к — коэффициент пропорциональности, численно равный цене одного деления
шкалы лимба (к 0,001 мм).
Струнные тензометры. Принцип работы струнных тензометров
основан на зависимости между частотой собственных колебаний струны
и ее натяжением. Эта зависимость имеет вид:
w=-24-^/_7£'; »c = 452₽gj2>
125
где со — частота собственных колебаний струны; S - длина струны; Ос — напря-
жение в струне; р — постоянная, зависящая от материала струны (для стали р=
= 8 10-7Н с2/мм4).
Рассмотрим принципиальную схему рабочей части (датчика) струн-
ного тензометра (рис. 4.10). Струна 1 концами жестко закреплена на
испытуемом элементе в двух точках, расположенных на расстоянии S
(база). В начальном состоянии струна имеет напряжение a t и частоту
собственных колебаний о>1. При изменении расстояния между точками
закрепления на AS указанные характеристики изменятся и примут зна-
чения ас2 и w2> Измерив частоты собственных колебаний и
можно определить значение относительной деформации по выражению:
4S2p
6с = ------- Н -
и
с
где — модуль упругости струны.
При переходе к относительной деформации материала конструк-
ции е необходимо учитывать удаление струны от поверхности эле-
мента. В случае осевого растяжения или сжатия е = ек, а при изгибе
е ¥= е . Возбуждение колебаний струны производится с помощью
электромагнита 2, соединенного с генератором.
Датчик в струнных тензометрах, соединенный проводами или по ра-
дио с измерительной установкой, может удаляться на значительнее рас-
стояния. Частота колебаний струны является устойчивой характеристи-
кой, на точность регистрации которой не сказываются изменение напря-
жений в электрических цепях, различные наводки и т. д. Эти особенности
наряду с простотой устройства позволяют использовать струнные тензо-
метры для измерений, в том числе и в трудно доступных местах, напри-
мер, в толще бетона, в подошвах фундаментов и др. в течение длительно-
го времени. Струнные тензометры в качестве измерительного устройства
используются в других приборах, например, месдозах. В этих приборах
с помощью струнного тензометра измеряют деформацию корпуса мес-
дозы, по которой определяют внешнее давление. Зависимость между
давлением и частотой колебания струны в таких приборах устанавлива-
ют путем тарировки/
Электрические тензометры. Эти приборы в настоящее время
весьма широко применяются при исследованиях напряженного состоя-
ния элементов сооружений.
Электрическое тензометрирование основано на использовании за-
висимости между измеряемой деформацией и электрическими величи-
нами: омическим сопротивлением, емкостью, индуктивностью и др.
Деформация, подлежащая измерению, вызывает изменение одной из
электрических величин, которое измеряется с высокой точностью.
По изменению электрической величины определяют размеры деформа-
126
Рис. 4.10. Принципиальная схема рабочей
части струнного тензометра:
1 — струна; 2 - электромагнит
\ 2-f	==
AS
S.
ций. Это дает возможность производить регистрацию и измерения быстро
изменяющихся во времени механических деформаций (до 30 кГц) с вы-
сокой точностью, так как электрические величины практически не вы-
зывают инерционных сил.
Электрический тензометр состоит из двух основных частей: датчика-
преобразователя и электроизмерительного устройства. Датчик — это при-
бор, который преобразует измеряемую деформацию в одну из электри-
ческих величин. Электроизмерительное устройство измеряет, а иногда
и регистрирует изменения электрических величин.
Для измерения напряжений (деформаций) при испытаниях мостов
и конструкций наиболее широко используются проволочные, фольго-
вые и полупроводниковые тензорезисторы (датчики). Принцип дей-
ствия тензорезисторов основан на изменении омического сопротивления
проводников или полупроводников при их деформации. Основной ха-
рактеристикой тензорезистора является коэффициент тензочувствитель-
ности
ДА ДА
А А
S
где А — номинальное сопротивление тензорезистора; S — база измерения; ДА -
изменение сопротивления тензорезистора; е — относительная деформация.
В свою очередь,
I
R= Р-------,
f
где р — удельное сопротивление материала тензорезистора; I — начальная длина
деформируемого участка проводника; f — площадь сечения проводника.
Коэффициент тензочувствительности зависит от свойств материала,
из которого изготовлен тензорезистор, и технологии его изготовления.
Петлевые проволочные тензорезисторы (рис. 4.11, а) представляют
собой одну или несколько петель из тонкой, с высоким омическим со-
противлением проволоки 1 диаметром 0,02 — 0,05 мм, наклеенных
на изолирующую подкладку из бумажной или пленочной основы 2. Для
датчиков применяют проволоку из сплавов константана (60 % Си +
127
Рис. 4.11. Схема проволочных тензорезисторов:
а — петлевая; б — беспетлевая; 1 — воспринимающая решетка; 2 —
изолирующая подкладка; 3 — выводы; 4 — ниэкоомные медные пе-
ремычки
+ 40 % Ni), нихрома (80 % Ni + 20 % Си) и др., обладающих высоким
омическим сопротивлением. К концам проволочных петель припаяны
выводы 3 — медные проводники диаметром 0,1—0,2 мм или полоски
медной фольги сечением 0,05 х 0J8 мм длиной 20—30 мм. Для пленочной
основы используются бакелитовый лак, клей БФ-2 и специальные компо-
зиции. Тензорезисторы, изготовленные на пленке из клея БФ, работо-
способны при температурах от минус 40° до плюс 70 °C, на бакели-
товом лаке — до плюс 200 °C. Для измерений при более высоких темпе-
ратурах используют датчики, приклеиваемые на клеях В-58, ВН-15
(до 400 9 С) или цементах Б-56, ВН-12 (до 800 °C) и др.
Основными характеристиками проволочных тензорезисторов явля-
ются: база измерения S, омическое сопротивление R, величина которо-
го с точностью до 0,1 Ом указывается в паспорте, и чувствительности тен-
зорезистора, характеризуемая коэффициентом тензочу ветвите л ьностид.
Проволочные тензорезисторы изготавливают с базами от 2 до 150 мм с
омическим сопротивлением от 50 до 2000 Ом. Наиболее распространены
тензорезисторы с базами 5—50 мм и сопротивлением 50—400 Ом.
Коэффициент тензочувствительности проволочных тензорезисторов на-
ходится в пределах от 2 до 3,5 (для константановых т? = 2,0 — 2,1; для
нихромовых д =3,5). Линейный характер зависимости АД = /(е),
например, для константановой проволоки практически сохраняется
до е = 0,01. Следовательно, используя тензорезисторы из этой прово-
локи, можно измерять деформации в стальных элементах при работе их
и за пределами упругости.
Закругления в решетке проволочных тензорезисторов делают их
чувствительными к поперечным деформациям, что влияет на точность
измерений особенно с уменьшением базы ‘гензорезистора. От этого недо-
статка свободны беспетлевые тензорезисторы с низкоомными медными
перемычками 4 (рис. 4.11, б). Из-за отсутствия поперечной тензочувст-
вительности и лучших условий передачи деформаций (ввиду продолже-
ния прямолинейных участков тензорешетки и за перемычки) база их мо-
жет быть уменьшена до 2—3 мм.
Иногда используют тензорезисторы, не имеющие подложки — со сво-
бодным подвесом проволоки. Основным достоинством их является
128
большая стабильность показаний пои плительных измерениях (из-за от-
сутствия ползучести клея). Однако из-за сложности изготовления,
требующего определенных навыков, такие тензорезисторы имеют огра-
ниченное распространение.
Эластичные преобразователи являются разновидностью проволоч-
ных тензорезисторов. Они представляют собой резиновый или пластико-
вый капилляр с внутренним диаметром 0,1—0,5 мм, заполненный ртутью
или электролитом и снабженный проволочными выводами. Крепление
таких преобразователей к элементам конструкции производится с по-
мощью скоб или манжет. Основное достоинство таких преобразовате-
лей — возможность измерять весьма большие деформации материалов
(до 40-50 %).
Фольговые тензорезисторы являются дальнейшим развитием прово-
лочных тензорезисторов. В отличие от последних они имеют решетку
не в виде круглого провода, а в виде тонких полосок фольги прямо-
угольного сечения толщиной 4—12 мкм, наносимых на лаковую основу.
Благодаря большей площади соприкасания полосы фольгового тензо-
реэистора с объектом измерения его теплоотдача значительно выше,
чем у проволочного, что позволяет увеличить силу тока, протекающего
через тензорезистор (до 0,2 А), а следовательно, и повысить его чувст-
вительность. Другое преимущество фольговых тензорезисторов заклю-
чается в возможности изготовления решеток любого рисунка, наиболее
удовлетворяющих условиям измерений фотолитографским способом.
Прямоугольные решетки (рис. 4.12, а) используют для измерения ли-
нейных деформаций, розеточные (рис. 4.12, б) — при плоском напря-
женном состоянии.
Тензочувствительность фольговых тензорезисторов такая же, как и
проволочных (г? ~ 2), верхний предел измерения относительных дефор-
маций е = 0,3 %, температурный диапазон работоспособности от ми-
нус 40 до плюс 70 ° С, номинальное сопротивление 50—400 Ом.
В последние годы находят применение полупроводниковые тензо-
резисторы, имеющие ряд существенных преимуществ перед проволоч-
ными и фольговыми тензорезисторами. Их чувствительность в 50—
60 раз больше, они имеют малые размеры, высокий уровень выходного
сигнала, исключающий иногда применение сложных и дорогих усилите-
Рис. 4.12. Фольговые тензорезисторы с прямоугольной (а) и розеточной (6) кон-
струкциями решеток
5 Зак. 1188
129
Рис. 4.13. Схемы наклейки тензорезисторов при напряженных состояниях:
а — одноосном; б — двухосном с известным направлением главных осей;
в — то же при неизвестном направлении главных осей
лей. Сопротивление и тензочувствительность полупроводниковых тен-
зорезисторов при одних и тех же размерах в зависимости от технологии
изготовления может изменяться в большом диапазоне (сопротивление
от < 50 Ом до 50 кОм, а коэффициент тензочувствительности от 25
до 200).
Наибольшее распространение получили полупроводниковые тензо-
резисторы на основе кремния и германия. Они имеют базу от 0,5 до 10 мм,
номинальное сопротивление 50 — 500 Ом при коэффициенте т^нзочувст-
вительности т? = 25 — 75. Полупроводниковые датчики, изготовленные
на основе кремния и германия, химически инертны и выдерживают на-
грев до 500—540 °C. Линейность изменения сопротивления сохраняется
при относительных деформациях до ±0,1 %; предельная относительная
деформация достигает ±0,4 %. К недостаткам полупроводниковых тен-
зорезисторов следует отнести их малую механическую прочность, малую
гибкость и высокий разброс основных характеристик.
Для измерения напряжений тензорезистор наклеивают на испытуе-
мый элемент специальным клеем, который обеспечивает передачу по-
верхностных деформаций элемента на тензорезистор- Решетку тензоре-
зистора располагают по направлению измеряемой деформации. На иссле-
дуемый элемент в одной точке (зоне) наклеивают: при одноосном на-
пряженном состоянии — один тензорезистор с прямоугольной решет-
кой (рис. 4.13, а), а при двухосном — два (рис. 4.13, б), если известны
направления главных осей и три — если их направления неизвестны
(рис. 4.13, в). Группа из двух и болеетензорезисторов, наклеенных для
измерения напряжений в одной точке, называется розеткой. При плос-
ком напряженном состоянии удобно пользоваться тензорезисторами с
розеточной решеткой с соответствующей схемой ее расположения.
Для наклейки тензорезисторов при испытании мостов применяют
клей БФ-2, БФ-4, циакрин и др. Тензорезисторы могут наклеиваться на
130
любые материалы. Поверхность в местах наклейки тензорезисторов тща-
тельно очищается и обезжиривается. Очищенная поверхность должна
иметь незначительную шероховатость, без крупных пор и углублений.
Следует помнить, что от качества клея и наклейки тензорезисторов в
значительной степени зависит точность измерения напряжений, посколь-
ку измеряемая деформация должна полностью передаваться с поверх-
ности элемента через слой клея на решетку тензорезистора. Небольшие
размеры и масса тензорезисторов, возможность измерения напряжений
как при статических, так и при динамических воздействиях, простота
установки и высокая надежность и универсальность обеспечивают широ-
кое применение их при испытаниях искусственных сооружений.
Для измерения больших деформаций (перемещений) могут приме-
няться индукционные датчики, которые основаны на использовании
зависимости между индукционным сопротивлением катушки, вклю-
ченной в цепь переменного тока, и магнитным полем, зависящим от из-
меряемой деформации. Индукционный датчик (рис. 4.14) состоит из
корпуса 3, внутри которого смонтирована катушка 4. В катушку 4
входит сердечник 5, соединенный со стойкой 2. Стойка 2 одним кон-
цом с помощью пластинчатого шарнира соединена с корпусом, а другим,
острым, опирается на испытуемый элемент. На корпусе имеется непод-
вижная призма 6, которой он также опирается на испытуемый элемент.
Сердечник со стойкой соединен регулировочным винтом 1, позволяю-
щим регулировать положение сердечника относительно катушки. Рас-
стояние между точками опирания прибора является базой измерения S.
При изменении расстояния между опорными точками сердечник пере-
вызовет изменение ее индукцион-
местится
относительно катушки, что
ного сопротивления, которое регистрируется измерительным устрой
ством.
Для измерения больших деформаций можно использовать емкост-
ные датчики, в которых реализуется зависимость емкостного сопротив-
ления конденсатора от зазора между пластинами. При этом измеряемая
деформация вызывает изменение зазора. Принципиальная конструктив-
ная схема емкостного датчика аналогична схеме индукционного (вместо
Рис. 4.14. Принципиальная схема индук-
ционного датчика:
/ — регулировочный винт; 2 — стойка;
3 — корпус; 4 — катушка; 5 — сердеч-
ник; 6 — неподвижная призма
5*
131
Рис. 4.15. Принципиальная схема элек-
чротензометрической установки:
Я — активный датчик; R — компен-
сационныи датчик; К ,	— резисто-
ры; У — усилитель; П — регистрирую-
щий прибор
индукционной катушки и сердечника устанавливается конденсатор с из-
меняемым зазором между пластинами).
Индукционные и емкостные датчики, как правило, съемные, т, е.
могут использоваться многократно для различных измерений, в отличие
от проволочных, фольговых и других тейзорезисторов, которые наклеи-
вают на конструкцию без последующего переноса на другое место. Одна-
ко они имеют значительную массу, что ограничивает их применение при
динамических испытаниях.
В ЦНИИСе разработаны электронно-оптические датчики (автор
А. И. Синявский), принцип действия которых основан на изменении све-
тового потока в зависимости от измеряемой деформации (перемеще-
ния) , преобразуемого в аналоговый электрический сигнал. На этом прин-
ципе разработаны конструкции и организовано малосерийное производ-
ство датчиков для измерения напряжений, линейных перемещений от
0,001 мм до 1000 мм, угловых перемещений до 40", регистрации напря-
жений при ударных воздействиях. Датчики обладают высокой чувстви-
тельностью, поэтому в ряде случаев их можно использовать без усилите-
лей электрических сигналов.
Основным преимуществом этих датчиков является многократность
их использования (съемность). Они имеют сравнительно небольшие га-
баритные размеры и массу, работают на постоянном токе, в связи с чем
линии связи (кабели) не требуют экранной защиты.
Электроизмерительные устройства измеряют и регистрируют изме-
нения электрических величин, передаваемых датчиками.
Рассмотрим принципиальную схему электротензометрической уста-
новки с использованием моста Уитстона (рис. 4.15). Датчик, установлен-
ный на элементе конструкции и включаемый в одно из плеч электриче-
ского моста R^, называется активным или рабочим. В два нижних
плеча включены сопротивления Rl и R2- Для исключения влияния тем-
пературы в соседнее с активным датчиком плечо подключают аналогич-
ный датчик Я , который называется компенсационным или темпера-
турным. Его устанавливают на образец, не подвергающийся силовым
воздействиям, и материал которого имеет тот же коэффициент линейно-
132
го расширения. Образец с компенсационным датчиком располагают
около рабочего (активного). При изменении температуры в обоих дат-
чиках возникают одинаковые температурные деформации, а следова-
тельно, и одинаковые изменения омического сопротивления ДА?.
(Известно, что для баланса электрического моста необходимо соблю-
дение равенства А • R2 — R^ R}. Следовательно, при равноплечной
схеме моста, когда R^n = 7?тк = R t = R при изменении сопротивле-
ний 7?та и 7?тк на одинаковую величину ДА?, равновесие не нарушится.
Таким образом, деформации, вызванные изменением температуры, в
рассматриваемой схеме включения датчиков автоматически исключа-
ются.
Измерение показаний рабочих датчиков может производиться двумя
методами: методом непосредственного отсчета и методом нулевого из-
мерения.
Метод непосредственного отсчета может приме-
няться при статических и динамических испытаниях. При этом измене-
ние омического сопротивления датчика (тензорезистора), вызванное
измеряемой деформацией, определяют по изменению силы тока в диаго-
нали электрического моста.
Известно, что сила тока в диагонали электрического моста
r(R™R2~ R.KR^
/ ----------------------------------------- ,
Д W *тк+ *1 + Л2> + <Лта+	+
где Z - сила тока питания; сопротивление диагонали электрического моста.
При изменении сопротивления активного датчика на ДАта при рав-
ноплечной схеме электрического моста приращение силы тока в диаго-
нали выражается формулой
Д/ =
д
R &R
та та
(4А + ДА )А + 4А2 + 2ДА„о R „
' та та д та	та та
(4.9)
Поскольку ДА по сравнению с Ата является весьма малой ве-
личиной, значениями ее в знаменателе формулы (4.9) можно пренебречь.
Тогда получим
Д/ =
д
ДА
та
4 (А + А )
' Д та
(4.Ю)
Зависимость (4.10) показывает, что приращение силы тока в диаго-
нали электрического моста пропорционально изменению измеряемой
деформации.
133
Метод непосредственного отсчета осуществляется по неравновесной
схеме электрического моста. Питание электрического моста может осу-
ществляться постоянным и переменным током высокой частоты. Мосты,
питаемые постоянным током, применяют для измерения деформаций
при кратковременных испытаниях статической и низкочастотной дина
мической нагрузками. При длительных испытаниях статической нагруз-
кой и при испытаниях динамической нагрузкой с частотой до 300 Гц при-
меняют электрические мосты, питаемые переменным током высокой
частоты (до 6—8 кГц).
Ток из диагонали электрического моста (см. рис. 4.15) через усили-
тель У подается на регистрирующий прибор П (гальванометр, осцил-
лограф или магнитограф). Усилители дают возможность значительно по-
вышать чувствительность электроизмерительных устройств. Необходимо
иметь в виду, что усилители усложняют электроизмерительные устрой-
ства и могут давать дополнительные погрешности при измерениях. Ста-
тические и динамические испытания при частотах до 20 Гц с использова-
нием тензорезисторов можно проводить без усилителей, но при этом
необходимо иметь высокочувствительные гальванометры или осцил-
лографы.
Процесс измерений по методу непосредственного отсчета заключает-
ся в следующем. До загружения испытуемой конструкции выполняют
приблизительную балансировку электрического моста путем изменения
сопротивлений в плечах и R2. Балансировку заканчивают при ка-
ком-то отличном от нуля показании прибора, которое записывают.
Затем создают испытательную нагрузку, которая вызовет деформацию
в зоне установки датчика. В результате произойдет изменение силы тока
в диагонали электрического моста. Это изменение силы тока можно за-
регистрировать путем снятия отсчета по прибору П. По разности отсче-
тов, снятых при ненагруженном и нагруженном состояниях, определяют
величину изменения силы тока в диагонали моста, а по ней величину от-
носительной деформации (напряжения) в испытуемом элементе:
е = v (I - I
v Д2 Д1
где V - цена деления шкалы гальванометра в единицах относительной деформации,
определяемая путем тарировки;
Г^2 — / •-разность отсчетов по гальванометру.
Обычно цену деления при тарировке определяют в единицах напря-
жения на одно деление. Толгда величину измеренных напряжений нахо-
дят по формуле:
V^2- 7д1>’
При динамических испытаниях процесс изменения деформаций (на-
пряжений) записывают. Для записи обычно применяют магнитоэлектри-
ческие осциллографы различных марок и магнитографы.
134
Рис. 4.16. Принципиальные схемы гальванометра (с) и записывающего
। устройства осциллографа НО44.1 (б):
1 — рамка (петля) из тонкой проволоки; 2 — постоянный магнит; 3 —
зеркальце; 4 - лампочка; 5 — конденсор; 6 — сферическая линза;
7 — цилиндрическая линза; 8 — барабан с фотолентой; 9 — плоские зерка-
ла> Ю — цилиндрическое зеркало; 11 — экран наблюдения; 12—импульс-
ная лампа продольного графления; 13 — лампа отметки времени
Осциллограф представляет собой комплекс приборов и механиз-
мов, смонтированных в одном блоке. Одним из основных приборов
осциллографа является чувствительный гальванометр. Гальванометр
(рис. 4.16, а) представляет собой рамку из тонкой проволоки 1, за-
крепленную на специальных пружинных подвесках в поле постоянного
магнита 2. На рамке прикреплено маленькое зеркальце 3. Через рам-
ку 1 пропускают ток из диагонали электрического моста. При проходе
тока через рамку возникнет крутящий момент, который будет повер-
тывать рамку на угол, пропорциональный силе тока. Так как сила тока
в рамке изменяется пропорционально измеряемой деформации, то и
угол поворота рамки будет изменяться пропорционально ей. Таким обра-
зом.
у станав лив ается
прямая зависимость между
гальванометра и
измеряемой деформацией.
углом поворота рамки
Рассмотрим принципиальную схему записывающего устройства
магнитоэлектрического осциллографа (рис. 4.16,6). Запись измеряемой,
деформации на осциллографе производится следующим образом. Свето-
вой поток от лампочки 4 через конденсор 5, состоящий из двух ци-
линдрических линз, в виде горизонтальной полосы света попадает на
окошки гальванометров, установленных в магнитном блоке. Световой
поток, пройдя через сферические линзы 6 и отразившись от зеркал 3
на рамках гальванометров в виде вертикально расположенных световых
полосок, направляется на цилиндрическую линзу 7, фокусирующую
135
Рис. 4.17. Схема электрического моста,
применяемого при методе нулевого из-
мерения
световые полоски в точки на плоскости записи на фотоленте 8. При
колебаниях рамки гальванометра вместе с ней колеблется зеркало, й
меняется угол отражения в горизонтальной плоскости. Отраженный луч
света перемещается в горизонтальной плоскости, и если при этом пере-
мещается фотолента, то на ней запишется развернутый во времени про-
цесс изменения измеряемых деформаций (напряжений). Часть световой
полоски, отраженная зеркалом 3 на рамке гальванометра, попадает на
зеркало 9, затем на вогнутое цилиндрическое зеркало 10, которое
отражает свет на матовый экран 11 визуального наблюдения. Налейте,
кроме записи исследуемых процессов, производятся продольное граф-
ление бумаги и запись отметок времени с помощью ламп 12 и 13.
В зависимости от частоты записываемого процесса устанавливается
скорость перемещения фотоленты.
Современные осциллографы позволяют одновременно записывать
от одного до 24 и более процессов. При испытании мостов применяют
осциллографы НОЗОА, НО44.1, НО44.2, регистрирующие от 12 до
24 процессов. Широко применяются осциллографы (магнитографы),
в которых запись исследуемых процессов производится на магнитной
ленте. Расшифровка записи на магнитной ленте выполняется на ЭВМ
с помощью специальной приставки.
В настоящее время применительно к электронно-оптическим датчи-
кам ЦНИИСа разработана портативная измерительная система с автоном-
ным питанием для проведения испытаний в полевых условиях с записью
процессов изменения измеряемых деформаций и перемещений в цифро-
вом коде. При этом используются малогабаритный компьютер и устрой-
ство для регистрации измерений.
Зависимость между величинами действительных и записанных (за-
регистрированных) деформаций устанавливают путем тарировки.
Метод нулевого измерения основан на применении
равновесной схемы электрического моста с питанием постоянным то-
ком. Рассмотрим одну из возможных схем электрического моста
136
(рис. 4.17). Здесь, как и при методе непосредственного отсчета, в одно
из плеч включен рабочий датчик Атя, а в соседнее с ним плечо — ком-
пенсационный 7?тк. Сопротивления плеч R^ и R2 обычно регулируют
подключенным к ним переменным сопротивлением (реохордом) R^.
При использовании в качестве сопротивлений Л и Т?2 проволочных
тензорезисторов их наклеивают на баночку с разных сторон. Регулиро-
вание сопротивлений Aj и R2 производят путем изгиба этой баночки.
Применяют и комбинированную систему регулирования сопротивле-
ний Rj и R2-
Измерения выполняют следующим образом: до загружения испы-
туемой конструкции путем регулирования сопротивлений R} и R2
балансируют электрический мост (при сбалансированном мосте гальва-
нометр П должен показывать ’’нуль”) и снимают отсчет по шкале рео-
хорда. После этого нагружают испытуемую конструкцию. Возникшие
при этом напряжения вызовут изменение сопротивления рабочего дат-
чика, что приведет к нарушению баланса электрического моста, в резуль-
тате чего гальванометр покажет наличие тока в его диагонали. Изменяя
сопротивления R} и R2, необходимо вновь сбалансировать мост.
После балансировки моста снимают отсчет по реохорду. По разности от-
счетов, снятых по реохорду в незагруженном и загруженном состоянии,
определяют величину деформации (напряжения) в зоне установки ра-
бочего датчика. Зависимость между измеряемой деформацией (напря-
жением) и изменением сопротивления реохорда определяют путем та-
рировки.
Электроизмерительные устройства для определения деформаций
по методу нулевого отсчета значительно проще и компактнее, чем при-
меняемые по методу непосредственного отсчета.
В настоящее время широкое распространение получили тензометри-
ческие устройства, в которых балансировка моста и запись отсчетов
производятся автоматически непосредственно на перфоленту, которая
затем обрабатывается на ЭВМ. Такая установка обеспечивает измерение
по большому числу рабочих датчиков (до нескольких сотен), включе-
ние которых также происходит автоматически в определенной последо-
вательности.
При испытаниях мостов успешно используются тензометрические
установки типа ЦТМ с автоматической балансировкой моста и цифро-
вой записью на бумажной ленте (рис. 4.18).
Мы рассмотрели схемы электрического моста с одним рабочим
датчиком. Однако мост Уитстона позволяет производить включение
нескольких рабочих датчиков. Используя различные схемы установки
датчиков на элементе конструкции и включения их в схему электриче-
ского моста, можно получить усиление электрического сигнала в диаго-
нали и, следовательно, повышение точности измерений, а также иметь
возможность измерять как полные деформации (напряжения) от всех
действующих силовых факторов (М, Q, N), так и от отдельных. Напри-
137
Рис. 4.18. Цифровой тензометрический мост ЦТМ-5:
1 — перфоратор; 2 — печатающая машинка; 3 — блок коммутации; 4 — блок
измерения
мер, в сжато-изогнутом элементе необходимо измерить напряжения
только от нормальной силы и отдельно от изгибающего момента. В этом
случае тензорезисторы наклеивают, как показано на рис. 4.19, а. Вклю-
чение тензорезисгоров в схему электрического моста приведено на
рис. 4.19, б, в. При нагружении элемента центрально приложенной про-
дольной силой элемент равномерно деформируется, и в обоих тензоре-
зисторах произойдет одинаковое изменение омического сопротивления.
Изгибающий момент при симметричном сечении элемента вызовет в
тензорезисторах одинаковые по абсолютной величине, но разные по зна-
Рис. 4.19. Схемы расположения (а) и включения (6, в) тензорезисторов для из-
мерения напряжений в сжатоизогнутом элементе:
^та2 — рабочие тензорезисторы; — компенсационный тензорезистор
138
ку изменения омического сопротивления. Если оба тензорезистора бу-
дут включены в одно плечо (см. рис. 4.19, б), то в нем при нагрузке
произойдет суммарное изменение омического сопротивления обоих тен-
зорезисторов, вызванное приложением нормальной силы (от изгибаю-
щего момента оно будет равно нулю). Это вызовет соответствующее
приращение тока в диагонали, который будет в два раза (при одинако-
вых характеристиках тензорезисторов) больше, чем полученный при
измерении напряжений от этой силы одним тензорезистором. При вклю-
чении тензорезисторов в разные плечи моста (см. рис. 4.19, в) изменение
омического сопротивления тензорезисторов вследствие приложения
нормальной силы не вызовет дополнительного тока в диагонали (про-
изойдет взаимная компенсация, как при включении компенсационного
тензорезистора), но ток в ней появится вследствие изменения омическо-
го сопротивления тензорезисторов от действия изгибающего момента.
Отмеченные особенности работы электрического моста часто исполь-
зуют для создания различных датчиков комбинированного типа, что дает
возможность создавать оригинальные приборы и приспособления с вы-
сокой точностью измерения деформаций (напряжений) при статических
и динамических воздействиях. В качестве примера рассмотрим мало-
базный электромеханический датчик (тензометр), разработанный в
МИИТе (авторское свидетельство № 142462). Прибор предназначен для
измерения напряжений (деформаций) в зонах их концентрации на базе
до 1 мм. Для регистрации измеряемых деформаций в нем используются
тензорезисторы, наклеенные на тонкой, слегка изогнутой пластинке.
Малобазный электромеханический датчик (рис. 4.20, а) состоит из
стойки 7 с наглухо прикрепленными к ее нижней части двумя щечка-
ми 4, между которыми свободно размещается рычаг первого рода 1.
Стойка соединена с рычагом первого рода шарнирно посредством оси 5
при свободном опирании на нее щечек.
В верхней части с внутренней стороны стойка 7 и рычаг 1 имеют
вырезы под углом около 60°, в которые упирается тонкая слегка изог-
нутая стальная пластинка 3 с наклеенными на ней тензорезисторами.
Для уравновешивания распора от пластинки и создания в пластинке на-
чального предварительного напряжения стойка и рычаг стянуты спираль-
ной пружиной 2. Нижние концы стойки и рычага заточены и закалены;
они служат опорами датчика при его установке на испытуемый эле-
мент. Для его закрепления применяют струбцину, прижимной конец ко-
торой треугольного сечения входит в овальное отверстие 6 в щечках,
имеющее в нижней части вырез под углом около 80' . Ребро струбцины
опирается в вершине угла выреза в щечках, обеспечивая шарнирность
соединения и хорошую центровку прижимной силы в пределах базы из-
мерения. Масса прибора около 4 г.
При изменении расстояния между точками опирания датчика (базы)
деформация передается через рычаг на пластинку. В рассматриваемой
модели датчика рычаг первого рода имеет отношение плеч 4 : 1. Следо-
139
Рис. 4.20. Малобазный э лектромехан ячеек ий датчик:
а — конструкция датчика; б, в — схемы включения и наклейки тензоре-
зисторов; 1 — рычаг первого рода; 2 — спиральная пружина; 3 — изогнутая
пластинка; 4 — щечки; 5 — ось; 6 — отверстие для струбцины; 7 — стой-
ка; Г, Н — тензорезисторы
вательно, деформация, передаваемая на пластинку, будет увеличена в
четыре раза. Изменение изгиба пластинки от измеряемой деформации
приведет к изменению сопротивления тензорезисторов, наклеенных на
пластинке. На пластинку наклеивают четыре или два тензорезистора со-
противлением 100-200 Ом и базой 10—20 мм по два (рис. 420, б) или
по одному (рис. 4.20, в) с каждой стороны пластинки с включением их
в схему электрического моста. В первом случае активными являются
все четыре плеча, а во втором — два. Это позволяет получить соответ -
ствутощее увеличение тока в диагонали моста,
Изогнутая стальная пластинка и спиральная пружина создают в при-
боре ’’внутреннюю напряженность”, что при наличии небольшого числа
шарнирных соединений практически полностью исключает ’’мертвый”
ход.
140
Малобазный датчик имеет высокую чувствительность. При исполь-
зовании современных усилителей точность измерения деформаций
с применением этого датчика может достигать 0,01 мкм. Его можно ис-
пользовать для измерения деформаций как при статических, так и при
динамических испытаниях мостов. Большим преимуществом прибора
является съемность, т. е. возможность многократного использования его
для измерений.
В качестве датчиков широко используют просто изогнутые пластин-
ки с наклеенными тензорезисторами, концы которых шарнирно закреп-
ляют (опирают) в точках, между которыми требуется измерить дефор-
4.3.	Приборы и способы измерения перемещений
при статических воздействиях
При статических испытаниях для измерения различного рода линей-
ных и угловых перемещений широко используются механические при-
боры. В зависимости от величины измеряемых перемещений, их вида и
требуемой точности измерений применяют различные приборы и при-
способления.
Индикаторы (мессуры). Для измерения небольших линейных пере-
мещений (до 2—30 мм) широко используют индикаторы с ценой деления
0,001—0,01 мм. Рассмотрим индикатор часового типа (рис. 4.21). Прин-
цип его работы состоит в следующем. В корпусе 1 свободно переме-
Рис. 4.21. Общийввд индикатора (а) и его кинематическая схема (6) :
1 — корпус; 2 — шток; 3, 4. б, 7 — шестеренки; 5 — большая стрелка; 8 —
малая стрелка
141
щается в продольном направлении шток 2. В средней части штока имеет-
ся зубчатая нарезка (рейка), входящая в зацепление с шестеренкой 3,
жестко соединенной с другой шестеренкой 4. Последняя входит в за-
цепление с шестеренкой 6, закрепленной на одной оси с большой стрел-
кой 5. Вращение с шестеренки 6 передается на шестеренку 7 и на ма-
лую стрелку 8. Кинематическая передача в индикаторе с ценой деле-
ния 0,01 мм рассчитана таким образом, что при перемещении штока
на 1 мм большая стрелка делает один оборот. Циферблат имеет 100 деле-
ний по окружности. Маленькая стрелка показывает число целых милли-
метров. Индикаторы с ценой деления 0,01 мм имеют, как правило, пере-
мещение штока 10 мм.
Индикаторы с ценой деления 0,001 мм обладают ходом штока 2 мм.
Таким образом, эти приборы можно использовать для измерения сравни-
тельно небольших перемещений.
При испытаниях индикатор’укрепляют так, чтобы обеспечить пере-
дачу измеряемых перемещений на шток в продольном направлении.
Закрепление индикаторов осуществляют при помощи специальных под-
ставок, струбцин или просто винтом через специальное ушко у корпуса.
Индикаторы обычно закрепляют на одном месте на весь период испыта-
ний для измерения перемещений между двумя точками. Е. И. Мешков-
ским было предложено специальное конструктивное оформление инди-
катора, которое позволяет устанавливать индикатор на место измерения
только для снятия,отсчетов,.и он становится так называемым съемным
прибором. В таком оформлении прибор часто называют деформомет-
Рис. 4.22. Деформометр с конусными опорами:
1 — подвижная конусная ножка; 2 — шток; 3 — неподвижная конусная
ножка; 4 — пластина; 5 — индикатор
142
Рис. 4.23. Деформометр с шариковыми опорами:
1 — шток с подвижной шариковой опорой; 2 — индикатор; 3 — удлинитель;
4 — неподвижная шариковая опора
ром (рис. 4.22). Его основой является индикатор 5, к задней крышке
которого наглухо прикреплена пластина 4 с конусной ножкой 3.
К штоку 2 закреплена другая конусная ножка 1. Конусными ножка-
ми прибор устанавливают в специально просверленные в марках отвер-
стия диаметром около 1 мм и глубиной 2—3 мм. Если измерения выпол-
няются на металлических конструкциях, эти отверстия можно сверлить
непосредственно в элементах. При измерениях перемещений (деформа-
ций) в деревянных, железобетонных и каменных конструкциях в мес-
тах установки ножек деформометра заделывают специальные металли-
ческие стержни (марки) диаметром 3—5 мм и длиной 10—20 мм. Рас-
стояние между конусами ножек является базой измерения. Деформо-
метр в таком конструктивном оформлении изготовляют с базами от
50 до 250 мм. Приборы с большей базой (до 1 м) имеют более жесткую
конструкцию, чтобы исключить влияние деформации прибора на его
показания.
Имеется несколько конструкций деформометров с различными
типами опорных устройств: конусными, шариковыми (рис. 4.23), ви-
лочными и др. Для опирания шариковых опор на марках или на поверх-
ностях выбивают специальным керном углубления в виде трехгранной
пирамиды, а вилочных — устанавливают штифты диаметром 1 —2 мм.
Деформометры используют для измерения различного рода переме-
щений, раскрытия трещин, деформаций (напряжений) и др. Одним при-
бором можно производить измерения во многих местах и многократно
в течение длительного времени. При помощи деформометра часто изме-
ряют напряжения (деформации) при статических испытаниях железобе-
тонных конструкций. Его используют при измерении остаточных напря-
жений методом разрезки.
143
Рис. 4.24. Принципиальная
схема работы прогибомера
с проволочной связью:
1 — груз; 2 — шкив;
.9 — проволока
Измерение деформометром производят
следующим образом. После его установки на
марки прибор несколько раз слегка поворачи-
вают вокруг продольной оси (покачивают) и
берут отсчет. Затем прибор снимают, вновь
устанавливают, повернув его на 180°, и снова
берут отсчет. Для обработки принимают
средний из двух отсчетов. По разности средних
отсчетов, взять1х до силового или какого-ни-
будь другогб воздействия на конструкцию и
при его приложении получают величину де-
формации (перемещения).
Проги^омеры. Прогибомерами можно
измерять прогибы и другие линейные переме
щения.. Наибольшее распространение получили
прогибомеры с проволочной связью конструк
ции Н. Н. Максимова, А. М. Емельянова,
Н. Н. Аистова, Е. Г. Мокина. Назначение
проволоки — обеспечивать связь между
взаимно перемещающимися точками (рис. 4,24). Прогибомер закреплен
в перемещающейся точке, а к свободному концу проволоки 3, огибаю-
щей шкив 2 прогибомера, подвешен груз 1, создающий в ней по-
стоянное натяжение. При смешении прибора на величину f шкив
повернется на угол ~	— . Угловое перемещение шкива через систе-
му передач отклоняет стрелку прибора. Указанная система передач
обеспечивает необходимое увеличение измеряемого перемещения (про-
гиба).
При испытаниях мостов преимущественно используют прогибоме-
ры Н. Н. Максимова (рис. 4.25). Шкив 2 прогибомера свободно вра-
щается на шариковых подшипниках на оси 1, наглухо заделанной в
корпусе прибора. Шкив жестко соединен с диском 6, имеющим на
кромке коническую зубчатую нарезку, которая входит в зацепление
с шестеренкой 5. Шестеренка 5 и стрелка 4 жестко закреплены на
одной оси. В приборе две шкалы: одна нанесена непосредственно на
диске 6, а другая на циферблате 3, по которому перемещается стрел-
ка 4. Цена деления циферблата 0,1 мм. Каждый оборот диска соответ-
ствует 10 см измеряемого перемещения. Если перемещение превышает
10 см, то необходимо отмечать целое число оборотов диска.
В МИИТе разработан прогибомер с проволочной связью, позволяю-
щий измерять линейные перемещения (прогибы) с более высокой точ-
ностью. Прибор (рис. 4.26) состоит из станины 15 с закрепленным на
ней шкивом 5, на который запасована проволока 1 с подвешенным
к ней грузом 2. Станина струбциной 10 крепится к элементу испытуе-
мой конструкции 11. В станине винтом 13 закреплен индикатор часо-
вого типа 9. На штоке индикатора с помощью винта 7 и подшипни-
144
ков 8 я 14 закреплена рамка 6, свободно перемещающаяся относи-
тельно станины в вертикальном направлении (вдоль проволоки). Рамка
с помощью фиксатора, состоящего из зажима 4 и винта 3, крепится
к проволоке.
Прогибомер работает следующим образом. При перемещении эле-
мента конструкции соответственно переместится и станина прибора
вдоль проволоки. Направление перемещения должно совпадать с направ-
лением проволоки на участке от ее закрепления до шкива, что обеспе-
чивается соответствующей установкой прибора. Рамка 6 при этом
останется неподвижной. Вместе со станиной переместится и жестко
соединенная с ней головка индикатора. Шток индикатора, соединенный
с рамкой,при этом останется неподвижным. Таким образом, измеряемое
перемещение будет передано на индикатор и с его помощью измерено
с точностью, которая им обеспечивается (0,01 или 0,001 мм). Величина
измеряемого перемещения не должна превышать максимальный ход
штока индикатора. Прогибомер прикрепляют к конструкции при помо-
щи специальных струбцин. Для связи применяют стальную проволоку
диаметром около 0,5 мм, масса груза должна быть 1—2 кг.
Прогибомерами можно измерять также взаимные перемещения
точек в различных направлениях. При этом направление измеряемого
Рис. 4.25. Прогибомер Н. Н. Максимова:
а — кинематическая схема; б — общий вид; 1 — ось; 2 — шкив; 5 — цифер-
блат; 4 — стрелка; 5 — шестеренка; б — диск с зубчатой нарезкой
145
Рис. 4.26. Прогибомер МИИТа:
7 _ проволока; 2 — груз; 3 — винт; 4 — зажим; 5 — шкив; 6— рамка;
7 — винт; 8, 14 — подшипники; 9 — индикатор часового типа; 10 — струб-
цина; 11 — элемент испытуемой конструкции; 12, 13 — винты; 15 — ста-
нина
перемещения будет совпадать с направлением проволоки, связывающей
взаимно перемещающиеся точки.
При испытании мостов прогибомеры наиболее часто используют
для измерения вертикальных прогибов пролетных строений под статиче-
ской нагрузкой. В тех случаях, когда пролетное строение расположено
не над водой, прогибомер можно устанавливать как на пролетном строе-
нии (в подвижной точке), так и на специально забитой под пролетным
строением свайке (в неподвижной точке). Выбор места установки про-
гибомера в этом случае определяется главным образом удобством сня-
тия отсчетов.
Если пролетное строение находится над водой, то прогибомер за-
крепляют на пролетном строении. Для обеспечения связи с землей (не-
подвижной точкой) под прогибомером на дно водоема опускают груз
массой около 10 кг, к которому и привязывают конец проволоки. При
большой длине проволоки вследствие температурных изменений в ней
могут возникнуть значительные деформации. Если их не учитывать, это
может привести к погрешностям в измерении прогибов. Для учета тем-
146
пературных деформаций необходимо измерять температуру воздуха
при снятии отсчета по прогибомеру.
При измерении прогибов пролетного строения обычно устанавли-
вают не менее трех прогибомеров: два у концов и один в месте измерения
прогиба. Это необходимо для того, чтобы учесть осадки опор и опорных
частей, которые определяются по показаниям концевых прогибомеров.
Другие приборы и способы измерения линейных перемещений.
В случаях, когда невозможно обеспечить неподвижную точку под испы-
туемой конструкцией, нивелирование является одним из возможных
способов измерения прогибов. При обычном нивелировании величину
прогиба можно измерить с точностью до 1 мм.
Заслуживает внимания фотограмметрический способ измерения
перемещений. Он заключается в следующем. В точках, перемещение ко-
торых необходимо измерить, прикрепляют специальные марки. В сто-
роне от испытуемой конструкции на неподвижных постаментах уста-
навливают фототеодолиты на определенном расстоянии друг от друга,
при помощи которых производится фотографирование марок в различ-
ные моменты испытания. По снимкам определяют перемещение точек,
что дает возможность следить одновременно за большим числом точек
с достаточно высокой точностью измерений (до 0,3 мм).
Измерение прогибов и перемещений можно также произвести при
помощи различного рода приспособлений с использованием тензорезис-
торов.
Измерение больших перемещений с точностью до 1 мм можно вы-
полнить при помощи простейших приспособлений в виде рейки с каран-
дашом и планшета, прикрепив их к соответствующим взаимно переме-
щающимся точкам. При большом расстоянии между этими точками
вместо рейки используют проволоку, натянутую пружиной или грузом.
Простейшие приспособления часто используют для длительных наблюде-
ний за различными перемещениями, например, пролетных строений
относительно опор.
Приборы и способы измерения угловых перемещений. Для измере-
ния углов поворота применяют приборы, называемые клинометрами.
При испытаниях мостов используют клинометры с уровнем Стопани и
маятниковые клинометры конструкции Н. Н. Аистова. Этими приборами
можно производить измерение углов поворота только в вертикальной
плоскости при статических испытаниях.
Клинометр с уровнем (рис. 4.27) представляет собой станину 1,
к которой слева шарнирно прикреплен уровень 2, поддерживаемый
пластинчатой пружиной 3. Правый конец уровня с помощью микромет-
ренного винта 4 может перемещаться в вертикальной плоскости. К мик-
рометренному винту жестко прикреплен диск с делениями 5. Закреп-
ление прибора на испытуемой конструкции 7 осуществляется струбци-
ной 8, соединенной шаровым шарниром со станиной.
Для измерения угла поворота конструкции в определенной точке
(сечении) к ней струбциной прикрепляется клинометр. Продольная ось
.147
уровня должна находиться в плоскости измеряемого угла поворота. Уро-
вень с помощью шарового шарнира устанавливается в горизонтальное
положение. Точная установка уровня производится микрометренным
винтом. Это положение фиксируется путем снятия отсчета по счетчику
числа оборотов микром етренного винта 6, показывающего целое число
оборотов винта, и по шкале диска 5. При повороте конструкции вслед-
ствие ее загружения испытательной нагрузкой уровень повернется на
тот же угол. Для определения угла поворота уровень микрометренным
винтом возвращают в горизонтальное положение и снова снимают от-
счет. Разность отсчетов, умноженная на шаг винта, дает величину переме-
щения конца уровня Д.
Д
Отношение —равно тангенсу измеренного угла поворота. Цена
деления на горизонтальном диске в клинометрах этого типа равна 1—2 с.
Маятниковый клинометр конструкции Н. Н. Аистова (рис. 4.28)
состоит из закрытого корпуса 1, внутри которого подвешен маятник 2.
Нижний конец маятника может контактироваться с микрометренным
винтом 5} имеющим на наружном конце диск с делениями 4. Через
клеммы 3 прибор включается в электрическую цепь с лампочкой или
звонком. Эта цепь может замыкаться через маятник с микрометренным
винтом.
Клинометр с помощью струбцины с шаровым шарниром закреп-
ляется в вертикальном положении на испытуемой конструкции таким
образом, чтобы плоскость качания маятника совпадала с плоскостью
измеряемого угла поворота. Затем микрометренный винт вращают до
появления светового или звукового сигнала. В этот момент снимают
отсчет по шкале диска и отводят микрометренный винт от маятника.
Рис. 4.27. Клинометр с
уровнем:
1 — станина; 2 — уровень;
3 — пластинчатая Пружи-
на; 4 — микрометренный
винт; 5 — диск с деления-
ми; б — счетчик числа
оборотов диска; 7 — эле-
мент пролетного строе-
ния; 8 — струбцина
148
3
При загружении конструкции корпус прибора повернется вместе с кон-
струкцией относительно маятника на измеряемый угол. Для его опреде-
ления вращением винта снова замыкается цепь и снимается отсчет по
шкале диска. Разность отсчетов в определенном масштабе дает угол по-
ворота. Цена деления в различных моделях маятниковых клинометров
составляет 2—10".
Угол поворота в любой плоскости можно измерить с помощью спе-
циального рычажного устройства (рис. 4.29). Для этого к исследуемому
участку конструкции одним концом наглухо прикрепляется рейка 1.
При деформации конструкции эта рейка будет повертываться на тот же
угол, что и участок конструкции, к которому она прикреплена. Для
определения угла поворота необходимо измерить перемещение двух то-
чек рейки А и Б в направлении ее поворота. Эти перемещения можно
определить с помощью прогибомеров или индикаторов 2. По измерен-
149
Рис. 4.29. Схема рычажного устройства для измерения угла поворота се-
чений пролетного строения:
а — в продольном направлении; б — в поперечном; 1 — рейка; 2 — проги-
бомеры; 3 — проволочная связь
иым перемещениям Д, и Д2 определяется тангенс угла поворота и
угол а:
Д2~ Д;
tga= --------,
где I — расстояние между точками измерения перемещений.
Применяя рычажное устройство, можно определить взаимные пово-
роты каких-либо двух сечений элемента конструкции. Для этого в каж-
дом сечении необходимо укрепить рейки и произвести измерение взаим-
ных перемещений их точек.
Для измерения углов поворота при испытаниях искусственных
сооружений возможно широкое применение различных приспособлений
и приборов с использованием лазерных лучей.
4.4.	Приборы и способы измерения перемещений
при динамических воздействиях
Общие сведения. При динамическом воздействии нагрузки (движе-
ние поезда по мосту, воздействие ветра, ледохода и др.) деформирован-
ное состояние мостовых конструкций характеризуется сравнительно
быстрым изменением деформаций, линейных и угловых перемещений.
Динамические характеристики элементов моста определяются на основа-
нии функций изменения деформаций и перемещений, во времени, кото-
рые получают при испытаниях (виброграммы, прогибограммы, осцил-
лограммы, углограммы и т. п.).
150
Линейные перемещения во времени измеряют виброметрами, а угло-
вые — торсиометрами. Амплитуды непосредственно при испытаниях из-
меряют амплитудомерами, частоты колебаний при различных скоростях
движения — частотомерами.
Существуют два принципа измерения колебаний — кинематический
и динамический. При кинематическом измерительное устройство жестко
связано с внешней независимой неподвижной системой, поэтому вели-
чина перемещений колеблющегося элемента (точки) измеряется непо-
средственно. В случае невозможности создания неподвижной системы
применяют динамический принцип измерения, который заключается
в том, что измерения перемещений производят относительно условно
неподвижной системы, представляющей собой массу, закрепленную на
пружинах.
Приборы и приспособления для динамических испытаний мойсно
разделить на три группы: механические, электрические, оптические.
В механических приборах запись изменения деформаций произво-
дится при помощи механических устройств. В электрических приборах
регистрация деформаций производится через датчики путем наблюдения
или записи на осциллографе или магнитографе.
К оптическим приборам относятся специальные устройства, преоб-
разующие наблюдаемые деформации и перемещения для регистрации
их изменений. В этих устройствах применяются вибромарки, зеркальные
устройства, фото- и кинотехника.
При динамических испытаниях мостов широко используются элек-
трические и механические приборы.
Электрические приборы. Эти приборы представляют собой датчики-
преобразователи, которые работают в сочетании с электроизмерительны-
ми устройствами, рассмотренными в п. 4.2. Датчики-преобразователи
весьма разнообразны. Они могут преобразовывать в соответствующие
электрические величины взаимные перемещения отдельных элементов
конструкций, фибровые деформации, скорости и ускорения перемеще-
ний отдельных точек конструкции и т. д. Для измерения некоторых ди-
намических характеристик конструкций могут быть использованы тен-
зорезисторы и датчики, рассмотренные в п. 4.2.
При динамических испытаниях мостов для измерения колебаний
используют преобразователи в виде консольных балочек, стальных ко-
лец и изогнутых пластинок (полос) с наклеенными на них тензорезис-
торами. В качестве примера на рис. 4.30 показаны схемы измерения
вертикальных прогибов пролетного строения с помощью датчиков-
преобразователей в виде консольной балочки и в виде стальных колец.
Регистрация изменения силы тока в диагонали электрического моста
при динамических испытаниях производится осциллографами или магни-
тографами.
Датчики-преобразователи могут быть использованы и для измерения
перемещений при статических испытаниях. Масштаб записи (измерения)
151

Рис. 4.30. Схемы, измерения прогибов с помощью датчиков-преобразо-
вателей:
а, в — соответственно в виде консольной балочки и кольцевого преобразо-
вателя; б, г — схемы включения тензорезисторов; 1 — проволочная
связь; 2 — консольная балочка или стальное кольцо; 3 — пружина; 4 —
анкерный колышек; 5 — свайка;	— рабочие тензорезисторы;
П— регистрирующий прибор (осциллограф, магнитограф)
определяют путем тарировки. При тарировке необходимо учитывать
характер передачи измеряемых перемещений на датчик-преобразо-
ватель.
В консольной балочке измеряемое перемещение полностью пере-
дается на конец консоли (см. рис. 4.30, а). В кольцевых датчиках-
преобразователях деформация кольца (т. е. изменение расстояния меж-
ду точками закрепления кольца) (см. рис. 4.30, в) составляет некото-
рую долю измеряемого перемещения. Остальная часть измеряемого пе-
ремещения воспринимается пружиной. Поэтому при тарировке датчиков-
преобразователей типа консольной балочки цена деления устанавливает-
ся по действительному прогибу балки в месте закрепления связи, а коль-
цевых — по совместной деформации кольца и пружины.
При использовании проволочной связи необходимо учитывать такЖе
влияние температурных деформаций, а в случае измерения больших
перемещений, кроме того, и деформаций, связанных с изменением натя-
жения системы в процессе измерений.
Датчики-преобразователи можно применять для регистрации и угло-
вых перемещений прй статических и динамических испытаниях, исполь-
зуя рычажное устройство (см. рис. 4.29).
Универсальный прибор Гейгера. Этот прибор может работать как
с проволочной или жесткой связью между колеблющейся и неподвижной
точками (кинематический принцип измерения), так и без нее (динамиче-
ский принцип измерения). В первом случае прибор используется как де-
формограф. При этом по записи, сделанной на ленте, можно определить
размеры деформаций, их амплитуды и частоты колебаний. Во втором
случае прибор используется как виброграф. Относительно неподвижная
система в нем обеспечивается дополнительной массой (маятником)
152
с пружиной. По записи, сделанной на ленте вибрографа, с достаточной
точностью можно определять амплитуды и частоты колебаний измеряе-
мых деформаций и перемещений. При перестройке деформографа в виб-
рограф производится замена приемной части, а регистрирующая часть
прибора остается.
Рассмотрим принципиальную схему работы деформографа с прово-
лочной связью (рис. 4.31). Прогиб фермы в заданном сечении (узле) че-
рез проволоку 1, натянутую пружиной 7, передается на Г-образный
рычаг 2, далее через передаточную иглу 3 на перо-рычаг 6, которое
записывает его на ленте 4. Одновременно на ленте ведется запись време-
ни специальным отметчиком 5.
Регистрирующая часть прибора Гейгера (рис. 4.32) состоит из кор-
пуса 1, внутри которого смонтирован механизм, приводящий в движе-
ние бумажную ленту шириной 50 мм. Скорость перемещения ленты ре-
гулируется и может изменяться от 0,2 до 10 м/мин. Лента при записи
перематывается с барабана 8 через столик 5 на барабан 7. Запись
производится пером-рычагом 3 специальными чернилами. Перо с по-
мощью захвата соединяется с передаточной иглой 9. Соединяя перо
с иглой в различных точках по его длине, можно изменять масштаб
записи (увеличивать) в 3, 6, 12 и 24 раза. Кроме того, масштаб записи
увеличивается или уменьшается за счет изменения соотношения плеч
Г-образного передаточного рычага. Общий масштаб записи прибора ко-
леблется от 0,1 : 1 до 72 : 1.
Одновременно с записью перемещений ведется запись времени, кото-
рая осуществляется специальным пером, прикрепленным к якорю 4.
При периодическом пропуске тока через катушку электромагнита, по-
мещенную в верхней части корпуса, якорь 4 притягивается, и перо
вычерчивает ступенчатую линию на кромке ленты. Пропуск тока через
электромагнит регулируется контактным прерывателем, период замыка-
ния которого известен (обычно он равен 1 с). На приборе имеется
Рис. 4.31. Схема рабо-
ты деформографа с прово-
лочной связью:
1 — проволока; 2 — Г-об-
разный рычаг; 3 — переда-
точная игла; 4 — бумаж-
ная лента; 5 — отметчик
времени; б — перо-рычаг;
7 — пружина
153
Рис. 4.32. Универсальный прибор Гейгера:
а — вид спереди; б — вид сбоку; 1 — корпус; 2 — рычаг завода лентопротяжного
механизма; 3 — перо-рычаг; 4 — магнитный якорь маркировки времени; 5 —
столик для записи; б — ролик с промокательной бумагой; 7 — намоточный бара-
бан; 8 — смоточный барабан; 9 — передаточный стержень-игла; 10 — рычаг регу-
лирования скорости подачи ленты; 11 — рычаг пуска лентопротяжного механизма
устройство для отметок положения испытательной нагрузки. С помощью
деформографа можно записывать перемещения с частотой колебаний
до 20 Гц.
При записях колебаний пролетных строений прибор можно устанав-
ливать как на неподвижной системе (точке), так и непосредственно на
пролетном строении. В первом случае прибор устанавливается под про-
летным строением на специальном столике, к которому он крепится шу-
рупами. Связь между колеблющейся (перемещающейся) точкой и непод-
вижной осуществляется проволокой. Один конец проволоки крепится
- _ _ _ 1 _ .
7/У//мм m’m/MmFzt;^	//
Рис. 4.33. Схема установки при-
бора Гейгера на пролети ом строе-
нии:
1 — груз; 2 — проволока; 3 —
прибор Гейгера; 4 — пружина
154
к пролетному строению, а другой через пружину к земле. Пружина, под-
держивая проволоку в постоянном натяжении, обеспечивает передачу
колебаний (перемещений) узла фермы на Г-образный рычаг прибора.
Связь проволоки с Г-образным рычагом осуществляется с помощью спе-
циальной собачки, прикрепляемой к проволоке винтами.
При установке прибора на пролетном строении (рис. 4.33) он дол-
жен быть закреплен струбцинами или другими приспособлениями. Если
под пролетным строением имеется вода, то связь с неподвижной точ-
кой (землей) осуществляется опусканием на дно груза массой не ме-
нее 10 кг. Верхний конец проволоки через специальную пружину, рас-
положенную выше прибора, крепится к пролетному строению. Проволо-
ка ниже пружины во время испытаний остается неподвижной, а прибор
относительно нее перемещается.
Следует отметить, что при расположении прибора в неподвижной
точке получается более качественная запись, чем при закреплении его на
испытуемой конструкции, так как в этом случае исключаются влияния
колебаний самого прибора.
При использовании прибора в качестве вибрографа к его регистри-
рующей части прикрепляется специальный маятник 5 с пружиной б
(рис. 4.34). Маятник при колебании прибора вследствие большой массы
остается условно неподвижным. Перемещения корпуса прибора отно-
сительно маятника передаются для записи через рычаги 3 и 4 и пере-
даточную иглу 2 на перо 1. Вибрографом можно записывать колеба-
ния с частотой от 5 до 330 Гц.
Для записи колебаний может быть использован также ручной вибро-
граф типа ВР-1. При записи колебаний прибор держат в руках, прижи-
Рис. 4.34. Виброграф Гейгера:
а — общий ввд; б- схема действия;
1 — перо-рычаг; 2 — передаточный
стержень-игла; 3, 4 — рычаги; 5 -
маятник; б — пружина
155
0)	б)
Рис. 4.35. Вибромарка:
а — в состоянии покоя; б — при вибрации
мая шток к колеблющейся конструкции. Приборы этого типа позволяют
записывать колебания с частотой от 5 до 300 Гц.
Для ускоренной приближенной оценки размаха колебаний устано-
вившегося режима можно использовать вибромарки. Вибромарку вы-
черчивают в виде острого клина (рис. 4.35, а) и наклеивают на конструк-
цию в плоскости колебаний, так чтобы основание клина располагалось
по направлению колебаний. Наблюдателю, находящемуся вне объекта,
при 500 колебаниях в минуту и -выше вибромарка будет казаться раз-
двоенной. Будут четко видны крайние положения вибромарки и темный
клин между ними (рис. 4.35, б). Размах колебаний с =	1, где ----
отношение основания к высоте вибромарки ( я» -1—); / — высота
L ю
темного клина, измеряемая по рискам вибромарки.
При неустановившихся колебаниях клин будет размытый. Хорошие
результаты дает фотографирование вибромарки с определенным интер-
валом выдержек.
В случае отсутствия необходимых приборов приближенную оценку
размахов и амплитуд перемещений при динамических воздействиях, на-
пример, перемещение концов пролетного строения или его прогибов,
можно выполнить с использованием простейших приспособлений в виде
реек (линеек), натянутой проволоки и планшета с наклеенной на нем бу-
магой. К рейке или проволоке закрепляют карандаш, который записы-
вает на бумаге перемещения элемента (точки) конструкции. При этом
рейку или проволоку закрепляют к подвижной или неподвижной части
(точке), а планшет — наоборот. Передвигая планшет в направлении, пер
пендикулярном записываемым перемещениям, можно получить запись в
развернутом виде (виброграмму, прогибограмму).
4.5.	Тарировка приборов
Приборы, применяемые при испытаниях, должны обеспечивать
необходимую точность измерений, а измеренные с помощью их значе-
ния — максимально соответствовать действительным. Поэтому приборы
156
периодически тарируют — устанавливают соотношение их показаний с ис-
тинными значениями измеряемых величин.
Новые приборы тарируются предварительно. Тарировка приборов
производится на специальных установках — компараторах различных
конструкций типа ПЧ-3, ЛИМСХ, калибраторах МПТ-2 и др.
Для тарировки приборов, применяемых при испытаниях мостов и
других строительных конструкций, широко используют универсальный
компаратор ЛИМСХ Конструкции Н. Н. Аистова (рис. 4.36). Принцип ра-
боты компаратора состоит в следующем. При вращении микрометрен-
ного винта 7, имеющего лимб с нониусом 6, повертывается рычаг 5
вокруг оси валика 1. Одновременно с рычагом повертывается запрессо-
ванный в нем валик 1, соединенный стальными лентами с подвижной
площадкой 4 и вертикальным штоком 2. Перемещение микрометрен-
ного винта передается на подвижную площадку и вертикальный шток.
Перемещения их благодаря рычажной передаче в 50 раз меньше чем мик-
> рометренного винта. Наличие лимба с нониусом позволяет создавать пе-
ремещение подвижной площадки и штока с очень высокой точностью
(до 0,01 мк).
Механический тензометр 3 при тарировке устанавливают одной
ножкой на подвижную площадку, а другой — на неподвижную. Враще-
нием микрометренного винта стрелку тензометра последовательно
устанавливают на отсчетах 0, 100, 200, 400, одновременно снимая от-
счеты по лимбу. Эту операцию повторяют не менее трех раз. Если тензо-
Рис. 4.36. Универсальный компаратор ЛИМСХ:
1 — валик; 2 — вертикальный подвижной шток; 3 — тарируемый тензометр;
4 — подвижная площадка; 5 — рычаг; 6 — лимб; 7 — микрометренный винт
157
метр исправен, повторные отсчеты мало отличаются друг от друга. Ко-
эффициент увеличения т тензометра определяют по формуле
Д
т = —10 ®,
К
где - средняя арифметическая разность отсчетов по тензометру; Дк — средняя
арифметическая разность отсчетов по компаратору.
В случае отсутствия компаратора тарировку механических тензо-
метров и тензорезисторов можно производить на специальных тариро-
вочных балочках- При этом истинное значение деформации определяют
контрольным тензометром или расчетным путем.
Тарировочная балочка может быть простой на двух опорах или кон-
сольной. Чаще используется консольная балочка равного сопротивления
(момент сопротивления сечения изменяется пропорционально изгибаю-
щему моменту путем изменения ширины сечения). Величина относитель-
ной фибровой деформации определяется по прогибу f, измеряемому на
расстоянии I от заделки. Так как такая балочка изгибается по цилинд-
рической поверхности, то прогиб
где р~ кривизна балочки.
Продольная относительная деформация е по поверхности балочки
пропорциональна кривизне р и толщине балочки Л :
h
е = р—Т.
(4.12)
Из формул (4.11) и (4.12) получим:
h

Аналогичным образом можно выполнять тарировку по напряже-
ниям.
Поскольку тензорезисторы пригодны преимущественно для разово-
го использования, они не могут тарироваться индивидуально. Их тари-
ровку производят следующим образом. Из однотипной партии тензоре-
зисторов отбирают определенную долю для тарировки. Каждый из
отобранных тензорезисторов наклеивают на тарировочную балочку и
подключают к тому электроизмерительному устройству, которое будет
использовано для работы с данной партией тензорезисторов при том же
158
режиме усиления. При тарировании баночку нагружают не менее трех
раз, снимая отсчеты по измерительному устройству. Деформации (на-
пряжения) в зоне установки тензорезистора определяют расчетным пу-
тем или по контрольному тензометру, установленному рядом с тензо-
резистором. По результатам измерений находят цену деления как сред-
нее арифметическое из результатов испытаний протарированных тензо-
резисторов. Эту цену деления принимают одинаковой для данной
партии.
4.6.	Выбор способов измерений и размещение
приборов при испытаниях
В зависимости от поставленной задачи испытаний для измерения
напряжений и других характеристик назначают определенные элементы
и узлы пролетных строений и опор с указанием характерных сечений.
Для этой цели обычно выбирают наиболее напряженные и деформируе-
мые элементы, узлы и сечения. Выбор элементов для испытаний на
эксплуатируемых мостах часто определяется наличием в них различного
рода повреждений и дефектов.
При измерениях напряжений важным вопросом является назначение
базы измерения. При измерениях напряжений вне зон их концентрации
базй измерения механическими тензометрами в основном определяется
необходимой точностью измерения и ожидаемой максимальной величи-
ной измеряемых напряжений. При напряжениях в стальных элементах
мостов ниже 80 МПа обычно принимается база, равная 100 мм и более.
В связи с тем, что тензорезисторы имеют достаточно большой диапазон
изменения коэффициента увеличения, для измерения напряжений вне
зон их концентрации во всех случаях можно использовать тензорезисто-
ры с базой 10—20 мм.
Измерение напряжений в зонах концентрации необходимо произво-
дить на небольших базах (в металлических элементах -1-5 мм). Чем
выше неравномерность распределения напряжений около концентратора
напряжений, тем меньшую базу должен иметь тензометр (датчик). Необ-
ходимо обращать особое внимание на места установки приборов. При
измерении фибровых напряжений тензометры следует устанавливать вне
зон возможной концентрации напряжений. Концентраторами напряжений
в металлических конструкциях могут служить различные отверстия,
резкие изменения сечений, концы сварных швов, местные искривления,
вмятины и т. д.; в железобетонных — изменения сечений, места примы-
кания ребер жесткости, закрепления анкеров, трещины и т. д.
Сечение, в котором измеряются напряжения, следует назначать с та-
ким расчетом, чтобы оно наиболее точно соответствовало расчетному,
т. е. не проходило по элементам, неопределенно включаемым в работу
(например, соединительные планки, концевые участки накладок и т. п.).
159
1 2
Рис. 4.37. Схема размещения минимального числа тензометров и тензоре-
зисторов в поперечных сечениях металлических элементов:
1, 2 — при действии осевой силы N; 3 — 8 — при действии N, М*, Му ^кр
Расстановка приборов в сечении исследуемого элемента производится
в зависимости от характера напряженного состояния и конфигурации
сечения. Минимальное число точек установки тензометров в сечении
определяется характером его работы. Так, при определении осевого
усилия N, изгибающих моментов М* и Му и крутящего момен-
та. Мкр минимальное число точек равно четырем. Это правило относится
к монолитным сечениям. Для составных сечений, где возможно взаим-
ное смещение отдельных элементов, число точек должно быть увеличено
(рис. 4.37).
В связи с некоторой неопределенностью распределения напряжений
по сечениям бетонных и железобетонных элементов, особенно работаю-
щих на изгиб, число точек установки тензометров в сечении принимается
выше, чем в соответствующих сечениях элементов металлических кон-
струкций.
При экспериментальном исследовании концентрации напряжений
важно установить не только максимальное значение напряжений <ттах
в зоне концентрации, но и определить степень неравномерности распреде-
ления напряжений, которая оценивается коэффициентом концентра-
ции ад. В общем случае значение aQ определяют по формуле:
о
шах
где Он — номинальное напряжение, определяемое обычно по площади нетто.
Таким образом, для оценки концентрации напряжений необходимо
измерить отах и он. При измерении отах тензометр (датчик) с ма-
лой базой необходимо установить в зоне максимальной концентрации
напряжений (обычно на кромке концентратора: выкружки, отверстия
и др.) с ориентацией базы измерения по направлению силового потока в
рассматриваемой зоне сечения. Для определения он обычно измеряют
напряжения в сечении по площади брутто в зоне, соответствующей зоне
действия °тах- Это сечение выбирают на некотором удалении от кон-
центратора напряжений с таким расчетом, чтобы его влияние на распре-
160
деление напряжений было минимальным. Учет ослабления сечения при
определении ан в этом случае производится расчетным путем.
При испытании железобетонных конструкций напряжения измеряют
как в бетоне, так и в арматуре. Измерение напряжений в бетоне выпол-
няют также по методу непосредственного тензометрирования, что свя-
зано с некоторыми трудностями. Одна из них заключается в сложности
определений действительного модуля упругости бетона испытуемой кон-
струкции, поскольку эта характеристика зависит от многих факторов
и изменяется в довольно широких пределах. Другая трудность состоит
в том, что бетон как материал имеет неоднородную структуру, нередко
раковины и трещины, в связи с чем силовые деформации в нем распре-
деляются неравномерно. Это может приводить к погрешностям при
определении напряжений по измеренным деформациям. Для снижения
этого влияния измерение деформаций необходимо производить на боль-
ших (более 10 см) базах.
Измерение напряжений (деформаций) в бетоне при статических ис-
пытаниях обычно производят механическими тензометрами, тензоре-
зисторами, индикаторами и деформометрами различных конструкций,
а динамических, как правило, — тензорезисторами. Рычажные тензомет-
ры используют с удлинителями. Для предохранения ножей (призм) при-
боров от затупления в местах их установки на бетон наклеивают тонкие
металлические пластинки размером примерно 5x5 мм. Тензорезисторы
наклеивают непосредственно на бетон. При этом необходимо обращать
внимание на то, чтобы поверхность в местах их наклейки была ровной,
без раковин и пор.
Индикаторы при измерении напряжений могут наглухо прикреплять-
ся к бетону с помощью специального клея. В этом случае подвижной
шток индикатора соединяется с удлинителем, закрепленным в конце
базы измерения.
При измерении напряжений в бетоне индикаторы можно использо-
вать в качестве съемных приборов, т. е. устанавливаемых только на вре-
мя снятия отсчетов. Это достигается путем установки специальных ме-
таллических марок в точках, между которыми производится измерение
деформаций. Марки представляют собой стальные стержни длиной
около 20 мм и диаметром 10 мм, заделанные в бетон или приклеенные
к нему. На внутренних вертикальных гранях марок делается специаль-
ное трехгранное кернение, в которое упирается с одной стороны подвиж-
ный шток индикатора, а с другой — его корпус.
Для измерения напряжений иногда используют деформометры, для
установки которых закрепляются марки на расстоянии базы измерения.
На них устанавливается деформометр для снятия отсчетов. В этом слу-
чае, как и в Предыдущем, одним прибором можно последовательно про-
изводить измерения деформаций в большом количестве мест.
Измерение напряжений в арматуре можно выполнить приборами,
применяемыми при испытаниях металлических конструкций. При испы-
таниях конструкций из обычного железобетона, как правило, измеряют
6 Зак 1188
161
напряжения, вызываемые только временной нагрузкой. В конструкци-
ях из предварительно напряженного железобетона, кроме того, важно
определить предварительные напряжения в бетоне и арматуре. Измерение
напряжений в арматуре от внешней нагрузки не представляет больших
трудностей и выполняется обычным путем: после установки тензомет-
ров (датчиков) по ним снимаются отсчеты в ненагруженном состоянии
конструкции и нагруженном. Более сложным является измерение пред-
варительного напряжения арматуры. Измерение предварительных напря-
жений в арматуре выполняют различными способами, один из которых
заключается в следующем. На отдельные проволоки пучка устанавлива-
ют тензорезисторы и снимают по ним отсчет. Затем эти проволоки пере-
резают, т. е. снимают предварительное натяжение, и берут новый отсчет.
По разности отсчетов определяют значение предварительного напряже-
ния. Как видно, этот способ связан с частичным повреждением кон-
струкции, поэтому такие измерения можно проводить на ограниченном
количестве проволок и только в исключительных случаях, выбирая от-
дельные проволоки пучков в местах с небольшими напряжениями от
эксплуатационных нагрузок. Известно, что проволоки в пучках напряже-
ны неравномерно. Следовательно, измерения этим способом могут да-
вать существенные погрешности в оценке предварительного напряжения
арматуры.
Другой способ заключается в последовательном контроле за натяже-
нием арматуры с момента изготовления конструкции. Этот контроль
можно осуществить с помощью тензорезисторов, наклеенных на арма-
турные стержни или проволоку. Последовательное снятие отсчетов до
натяжения арматуры, после ее натяжения, после спуска натяжения и
в процессе эксплуатации дает возможность проследить за изменениями
напряженного состояния в арматуре в течение длительного времени.
Этот способ обычно применяют при специальных научных исследова-
ниях. Недостатком его является трудность установления связи между
снимаемыми отсчетами на различных этапах наблюдения ввиду некото-
рой неопределенности в устойчивости работы электроизмерительного
устройства в течение длительного времени (сохранение ’’нулей”). Этот
недостаток в значительной степени устраняется путем корректировки
’’нулей” по контрольным тензорезисторам, наклеенным одновременно
с рабочими на ненапряженные участки арматуры.
Рис. 4.3 8. Схема действия сил при подвешивании груза к нити, закрепленной
в двух точках
162
Рис. 4.39. Рычажный динамометр ДИС-1.
1 — крючок-захват^ 2 — стальной стержень; 3 — индикаторная головка;
4 — опорная стойка; 5 — удлинитель штока; б — базисная стойка; 7 — крю-
чок-фиксатор; 8 — арматурная проволока
Если есть возможность оголить пучок арматуры на длине 1—2 м,
для определения напряжений (усилий) в арматуре можно воспользо-
ваться способами, которые обычно применяют для проверки натяжения
арматуры из пучков при изгртовлении предварительно напряженных
конструкций. Одним из них является способ подвешивания груза, осно-
ванный на измерении провисания натянутой проволоки при воздействии
сосредоточенной силы заданной величины или сосредоточенной силы, не-
обходимой для создания заданного провисания.
По провисанию проволоки на известной базе под действием опреде-
ленной сосредоточенной силы (рис. 4.38) определяют расчетом силу на-
тяжения арматуры. Из условия равновесия узла В' легко определить
значение суммарного усилия, в натянутой проволоке в зависимости от
веса груза Q и образованного при этом провисания f. Приняв при ма-
гу
лых углах а, что sina ^tga= —у—, а S= (оп + <?а)^п, получим
. Ql	1
Gn °а 4F	f	’
п
где <7п — предварительное напряжение в проволоке; — напряжение в проволоке
от действия массы груза; обычно составляет 1 % от (7 ; / — расстояние меж-
ду опорами; F^ — площадь сечения проволоки.
Для определения предварительного напряжения в проволочной арма-
туре способом подвешивания груза имеются различные приспособления.
С целью упрощения определения оп вес груза Q в них принимается
постоянным.
Для измерения предварительного напряжения в проволочной арма-
туре в МИИТе разработан прибор ДИС-1 (инж. Иванов А. В. и Старо-
сельский В. М.). В этом приборе (рис. 4.39) с помощью индикатора ре-
гистрируется изгиб стержня 2, по которому определяют силу натяжения
проволоки, используя тарировочный график.
6*	163
Существующие способы измерения предварительного напряжения
арматуры в эксплуатируемых конструкциях обладают существенными
недостатками из-за необходимости вскрытия арматуры, а следовательно,
повреждения конструкций.
При определении прогиба балочного пролетного строения необходи-
мо учитывать возможность осадки опор, для этого устанавливают не ме-
нее трех прогибомеров: на опорах и в середине пролета. При необходи-
мости выяснения очертания линии прогибов устанавливают большее
число прогибомеров.
При измерении углов поворота балочных конструкций клиномеры
устанавливают ближе к опорным закреплениям. В случае неизвестной
ориентировки наибольших угловых перемещений клиномеры могут
быть установлены ’’розеткой” под углом 30—45°.
4.7.	Обработка, оценка и анализ результатов испытаний
Общие сведения. Результаты измерений при испытаниях материа-
лов, конструкций и их элементов вследствие влияния разнообразных
причин (отклонений в аппаратуре, точности снятия отсчетов, условий
испытаний, неоднородности материала конструкции и др.) носят измен-
чивый, случайный характер. Случайный характер имеют и испытательные
нагрузки. Поэтому любое взятое в отдельности измерение не может
представлять истинное значение определяемой величины. Измеряемая
величина тоже является случайной, принимающей в результате опыта
различные, не известные заранее значения.
Вероятностностатистические методы обработки результатов. Для
выявления значений искомых величин используют вероятностно-статис-
тические методы, основы которых заключаются в следующем. Резуль-
тат измерения в каждом случае представляют случайным событием.
Оценкой возможности реализации случайного события служит его ве-
роятность. Вероятность (частота события) определяется отношением
числа случаев, при которых повторяются эти события, к числу всех воз-
можных при этом случаев. Вероятность оценивается положительным чис-
лом, не превышающим единицу.
Предположим, случайная величина X может принимать в процессе
опыта дискретные значения хр х2, х3, ..., хи. В результате каждого
х
Рис. 4 ДО. Распределение по
нормальному закону
164
опыта величина X примет одно из этих значений. В серии опытов каж-
дое событие может произойти с некоторой вероятностью Р. При этом
сумма вероятностей всех возможных значений случайной величины рав-
на единице, т. е. Ё Р{ = 1.
Суммарная вероятность распределяется между отдельными значе-
ниями по определенному закону. Среди многих законов распределения
случайной величины наиболее широкое распространение имеет нормаль-
ный закон. Ему хорошо подчиняются механические характеристики ме-
талла и других материалов, отклонения измерений различных величин
и др. Кривая распределения по нормальному закону (рис. 4.40) имеет
симметричную колоколообразную форму с максимальной ордина-
1
той ----——.
о V 2л
Нормальный закон распределения характеризуется плотностью рас-
пределения вероятностей
Г(х) =
( х - т )2
Где О — среднее квадратическое отклонение (стандарт); О2 =Р(Х] — дисперсия
случайной величины X; е ~ основание натуральных логарифмов (е = 2,718);
т = т [%] - математическое ожидание.
Величины т и о2 называют численными параметрами (числовы-
ми характеристиками) случайной величины У. Чем больше стандарт, тем
больше разброс случайной величины около ее среднего значения.
Вероятность того, что случайная величина X, подчиненная нормаль-
ному закону распределения, попадет на участок от а до (3, определяют
по формуле:
В - т	a- ni
Р(а<Х< 0) = Ф*(~J-) - ФЧ—
df - табулированная функция, значение кото-
рой находится по специальным таблицам.
Предположим, что в результате опыта получены различные значения
случайной величины X (например, предела текучести стали). Совокуп-
ность этих значений называют простой статистической совокупностью,
или простым статистическим рядом, и обычно оформляют в виде табли-
165
Рис. 4.41. Графическое
оформление распределений:
1 — гистограмма; 2 — вы-
равнивающая (теоретичес-
кая) кривая распределения
цы, в первой колонке которой показывают номера опытов, а во вто-
рой — полученные значения случайной величины.
При большом числе наблюдений статистический материал подверга-
ют дополнительной обработке — строят так называемый статистический
ряд. При этом весь диапазон наблюдений случайной величины разбивают
на равные участки — разряды (10—20 разрядов) и подсчитывают число
наблюдений п., попадающих в каждый i-й разряд. Частоту, соответ-
ствующую данному разряду, определяют по формуле
р* =
п
где и — общее число наблюдений.
Разряды в порядке возрастания X и соответствующие им частоты
записывают в таблицу, которую называют статистическим рядом. Для
наглядности статистический ряд представляют графически обычно в
виде гистограммы (рис. 4.41). Гистограмма распределения соответст-
вует кривой распределения теоретической плотности вероятностей слу-
чайной величины X. Дальнейшая обработка состоит в определении чис-
ловых характеристик статистического распределения, которые являются
аналогом числовых характеристик случайной величины X. Так, мате-
матическому ожиданию соответствует среднее арифметическое всех по-
лученных значений М* [X], а дисперсии — статистическая дисперсия
£>*[Х] . Величины М*[Х] и £>*[Х] определяют по формулам:
п
S X
т* = М*[Х] =	;	(413)
X	п
при большом числе наблюдений (и > 25)
D* = Л*[Х] = — S (х,.-щ*)2;	(414)
X	м	I X
" I = 1
166
при малом числе наблюдений (и < 25)
П* = £)*[Л0 = —1- £ (х. - т*)2.	(4.15)
Х	п- 1 /= t
В формулах (4.13) — (4.15) ху — значение случайной величины, по-
лученной в г-ом опыте.
Для более подробного описания статистического распределения,
кроме т * и D*, необходимо определить и другие параметры, в первую
очередь коэффициент асимметрии и эксцесс.
Величины т * и ZJ* являются несмещенными оценками соответ-
ственно математического ожидания и дисперсии. Для оценки точности
и надежности этих величин при использовании их в качестве числовых
характеристик исследуемой случайной величины пользуются доверитель-
ными вероятностями. Доверительный интервал показывает границы
возможного ожидания численной характеристики случайной величины
при заданной вероятности.
При обработке статистического материала важно подобрать теоре-
тическую кривую (функцию) распределения, отражающую основные
закономерности данного статистического распределения. Эта задача,
называемая выравниванием статистических рядов, в значительной степе-
ни неопределенна. При ее решении часто исходят из физической сущно-
сти исследуемого явления, а иногда просто используют вид статистиче-
ского распределения. Выбрав кривую распределения, необходимо опре-
делить числовое значение параметров, при которых соответствие между
теоретическим и статистическим распределением будет наилучшим.
Обычно важнейшие числовые характеристики теоретического распреде-
ления принимают равными соответствующим числовым характеристи-
кам статистического распределения.
Для проверки того, насколько надежно выбранное теоретическое
распределение отражает основные закономерности статистического,
используют критерии согласия. Наиболее часто применяют критерии
согласия, основанные на использовании х2 — распределения Пирсона,
и критерий согласия А. Н. Колмогорова. Методика определения и исполь-
зования этих критериев излагается в курсах математической статистики.
При экспериментальных исследованиях нередко требуется выяснить
наличие определенной зависимости между двумя случайными величина-
ми (например, между максимальным напряжением цикла и числом цик-
лов до разрушения и др.). Если величины связаны между собой строго,
то такая связь является функциональной.
В теории вероятности и математической статистике рассматривают
общие виды зависимостей — вероятностные или статистические. Связь
между случайными величинами, когда одной из них соответствуют не-
сколько значений другой, варьирующих около среднего значения, назы-
вают корреляционной. Корреляционная связь характеризуется коэф-
167
фициентом корреляции случайных величин X и
ляют по формуле:
Е (х,- w *) (.yt - т *)
п
Гху ~
\/ D * D*
где х{ у. — значения случайных величин соответственно
~ статистическая Дисперсия случайных величин
средние арифметические значения случайных величин X и
Y, который опреде-
X и Y в 1-ом опыте;
X и Y; дг* т * -
Y.	У
Коэффициент корреляции может иметь значения от +1 до -1. Если ко-
эффициент корреляции равен нулю или близок к нему, то исследуемые
величины являются некоррелируемыми, т. е. не связанными определен-
ной зависимостью. Наоборот, в случае приближения коэффициента кор-
реляции к + 1 или к — 1 между ними имеется тесная связь.
Вычисления при статистической обработке лучше всего выполнять
на ЭВМ.
Определение напряженного состояния и силовых факторов в эле-
ментах мостов. По измеренным деформациям можно определить на-
пряжения и силовые факторы, действующие в сечении элемента. Рас-
смотрим это на примере поперечного сечения исследуемого элемента,
в котором измерены фибровые деформации в точках 1, 2,3 и 4
(рис. 4.42). Напряжения о , а , о , а определяют по измеренным
относительным деформациям рактеристики сечения (F, 1 х, ставить систему уравнений:			' ?> мх У!
1)	еЛ = а! =	N 	 + - F	
			'х
	е2Е = °2 =	N	Мху1
2)		F	Ух
3)	е3Б= оз= -	N	Мху2
		F	1х
4)	е4£ = °4 =	N	Мху2
		F	'х
е , е . Зная геометрические ха-
г х2,х3, х4, уг у2), можно со-
/
У
МуХх	
1	'у ’	(4-16)
М х У 3	
I У	
М хл У 4	
I У	
М х
У 1
168
Решая эту систему, получим
усилия N, М , М . Налиние в
системе (4.16) четырех уравнений
для определения трех неизвестных
позволяет, кроме того, проверить
точность произведенных измерений.
Для этого одни и те же усилия
определяют решением различных
групп уравнений. Например, решив
группу уравнений 1, 2 и 3, получим
значения А^, ^х1< Му1> а ПРИ
решении группы уравнений 2, 3 и
4 - N2, Мх2, Му2. Разница в
значениях N, и N, М . и М ,
1	2 xi Х2’
Му1 и Му2 позволяет судить о
погрешностях, связанных с точ-
ностью измерения деформаций и
влиянием таких факторов, как
местные искривления, концентра-
Рис. 4Д2. Нормальные напряжения и
силовые факторы в исследуемом сече-
нии элемента
ция напряжений в зонах измерений деформаций, а также неучетом
влияния других силовых факторов, например, крутящего момента и др.
Для оценки погрешностей необходимо число точек измерения дефор-
маций в сечении увеличивать по сравнению с числом действующих сило-
вых факторов.
Определение динамических характеристик системы или отдельных
ее элементов. Исходным экспериментальным материалом для опреде-
ления динамических характеристик системы служат диаграммы в виде
виброграмм (рис. 4.43, а), осциллограмм изменения напряжений в
отдельных элементах при действии динамической нагрузки и прогибо-
грамм (рис. 4.43, б).
Одной из основных динамических характеристик является динами-
ческий коэффициент (1 + д), определяемый как отношение наибольшей
деформации (напряжения) Jmax при динамическом воздействии на-
грузки к наибольшей деформации _гст при статическом воздействии
той же нагрузки:
1+ д =
^тах
Для получения динамического коэффициента необходимо зафикси-
ровать максимально возможную динамическую деформацию, которая
соответствует так называемой критической скорости прохождения На-
грузки. Значение критической скорости обычно устанавливают экспери-
ментально. Для этого испытательную нагрузку по испытуемому пролет-
169
a) т
Ti T?
Рис. 4.43. Виброграммы вынужденных коле-
баний (а) и прогибограмма (б):
1 — однотонные колебания; 2 — двухтонные
колебания; 3 - биения; Т, Тр Т - перио-
ды колебаний; Т , Т периоды вынужден-
ных и собственных колебаний; В, С — участки
вынужденных и собственных колебаний
T
ному строению пропускают с различными скоростями, производя одно-
временно запись динамических деформаций. По этим записям выявляют
диаграмму с максимальной динамической деформацией, которую ис-
пользуют для определения J'max и рст (см. рис. 4.43, б). На рис. 4.43, б
показана также запись отметчика времени О и моментов входа нагруз-
ки на пролетное строение и схода с него П. Ординаты деформаций от
статического воздействия нагрузки обычно определяют по той же ди-
аграмме, проведя среднюю линию Л. Таким же образом можно опреде-
лить динамический коэффициент для различных элементов моста, ис-
пользуя диаграммы изменения напряжений.
Другими важнейшими динамическими характеристиками являются
амплитуда, частота и период колебаний. Для определения амплитуды
колебаний измеряют расстояние между вершинами соседних полуволн,
которое и представляет собой удвоенную амплитуду, умноженную на
масштаб записи.
Для определения периода Т и частоты колебаний со на участке
диаграммы подсчитывают число колебаний п (количество вершин ниж-
них или верхних полуволн) за промежуток времени Г, принимаемый по
записи отметчика времени. По и и t вычисляют Т и со по формулам:
Эти характеристики определяют для вынужденных и собственных
колебаний.
Для оценки скорости затухания собственных колебаний вычисляют
логарифмический декремент затухания ф, в известной мере характери-
зующий необратимые потери энергии колебаний:
170
(4.17)
ф =
где и A j — амплитуды и-го и (п+ 1)-го собственных колебаний системы.
Для определения ф экспериментальным путем необходимо полу-
чить диаграммы собственных колебаний конструкции или ее элемен-
тов. Для этой цели можно использовать участки на диаграммах (см.
рис. 4.43, б, участок С), записанные после схода испытательной нагруз-
ки с конструкции. При определении логарифмического декремента за-
тухания собственных колебаний с целью повышения точности измеряют
амплитуды не соседних колебаний, а расположенных в начале и конце
диаграммы (рис- 4.44). Тогда формула (4.17) примет вид:
л
п + тп
где Ап, Ап+ т~ амплитуды n-гои (п + ni)-го собственных колебаний.
Анализ и использование результатов испытаний. Полученные в ре-
зультате испытаний и обработки данные используют для оценки дей-
ствительной работы конструкции. На основании анализа этих данных
возможно решение ряда задач: оценка принятого метода- расчета кон-
струкций; выявление характера воздействия на сооружение определен-
ного вида нагрузки; оценка качества изготовления конструкций; вы-
явление действительного характера напряженного состояния элементов
или соединений; выявление влияния дефектов и повреждений на проч-
ность и надежность конструкции и др.
Для оценки точности метода расчета полученные по нему данные
сравнивают с соответствующими результатами испытаний. При опреде-
лении расчетных данных желательно, чтобы расчетные нагрузки соответ-
ствовали испытательным (по массе и положению их на сооружении),
а принятые в расчете геометрические размеры элементов и характе-
ристики материала — действительным. Неучет отдельных факторов в
расчетах приводит к тому, что расчетные данные отличаются от действи-
Рис. 4.44. Диаграмма собственных коле-
баний
171
тельных. Как правило, в расчетах различные приближения имеют откло-
нения в сторону запаса. Поэтому расчетные данные, связанные с сило-
выми воздействиями (напряжения, деформации, различные перемеще-
ния), обычно превышают действительные. Различие между расчетными
и экспериментальными данными можно учитывать введением конструк-
тивной поправки
Хэ
где Хр — экспериментальное и расчетное значения (данные).
Конструктивные поправки используют при оценке действительной
грузоподъемности конструкции. На основании анализа расчетных и экс-
периментальных данных разрабатываются предложения по дальнейшему
совершенствованию расчетов.
Важными обобщающими характеристиками качества конструкции
могут служить общие и особенно остаточные деформации и перемеще-
ния. Наличие остаточных прогибов пролетного строения свидетельству-
ет о появлении неупругих деформаций в отдельных его элементах и
узлах. Например, в клепаных пролетных строениях остаточные прогибы
могут быть связаны со сдвигами в заклепочных соединениях, в свар-
ных — с наличием высоких остаточных напряжений и их релаксацией,
в деревянных — с неплотностями и со смятием во врубках. В каждом
конкретном случае необходимо установить причины остаточных дефор-
маций и оценить их влияние на прочность и долговечность конструкции.
При исследовании эксплуатируемых мостов часто приходится выяс-
нять причины возникновения и развития различных повреждений. Для
этого нередко проводят комплексные испытания с целью выявления
роли тех или иных факторов в образовании и развитии повреждений.
В этом случае анализ результатов испытаний носит также комплексный
характер, в результате которого выявляют параметры каждого фактора,
взаимодействие различных факторов и их роль в образовании повреж-
дения. Например, при выявлении причин усталостных разрушений необ-
ходимо проанализировать напряженное состояние в зоне зарождения
усталостной трещины и характер его изменения, результаты испытаний
материала, интенсивность движения поездов, их виды, режимы нагру-
женности и др.
Всесторонний анализ результатов испытаний позволяет более глу-
боко понять Действительный характер работы сооружения с целью
оценки его надежности и долговечности, совершенствования методов
расчета, проектирования и усиления.
Анализ результатов испытаний (в особенности для решения спе-
циальных задач по оценке надежности конструкций) должен базировать-
ся на широком использовании методов математической статистики и
теории вероятностей.
172
Глава 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ
5.1. Основные положения классификации мостов
по грузоподъемности
Происходящие изменения в условиях эксплуатации мостов, связан-
ные главным образом с увеличением массы поездов, скорости их движе-
ния и нагрузки от подвижного .состава на путь, обусловливают необхо-
димость объективной оценки возможности и условий безопасного про-
пуска по мостам поездных йагрузок, существенно отличающихся по схе-
мам и величинам от тех, которые в свое время учитывались при проекти-
ровании искусственных сооружений. Решать эти задачи прямым методом
(расчетом на заданную нагрузку) аналогично тому, как это делается при
проектировании мостов, неудобно. Введение в эксплуатацию нового
подвижного состава, изменение скоростей движения поездов привели бы
к необходимости неоднократного повторения таких, порой весьма тру-
доемких расчетов. На отечественных железных дорогах для наиболее
распространенных балочных разрезных пролетных строений эксплуати-
руемых мостов применяется система их классификации по грузоподъем-
ности, а железнодорожного подвижного состава — по воздействию на
мосты.
Принцип классификации мостов и основные расчетные формулы.
Сущность расчетной оценки грузоподъемности балочных разрезных
пролетных строений мостов состоит в том, что для каждого несущего
элемента определяется значение максимальной временной вертикальной
равномерно-распределенной нагрузки к, воздействие которой является
безопасным для рассматриваемого элемента. Эту нагрузку Выражают
в единицах некоторой условной эталонной поездной нагрузки, и число
таких единиц называют классом элемента па грузоподъемности К.
I Вертикальную нагрузку, воздействующую на каждый из рассматри-
ваемых элементов пролетных строений от любого конкретного подвиж-
ного состава, выражают в единицах той же условной эталонной нагрузки.
Число единиц при этом называют классом нагрузки по воздействию
на мосты KQ.
В соответствии с указанными определениями
К =------;	(5.1)
+
173
*О<1 + РО)
(5-2)
где &н и (1+ рн) - нормативное значение эквивалентной нагрузки и динамиче-
ский коэффициент от воздействия на рассматриваемый элемент условного поезда,
принятого в качестве эталона; к® и (1 + д0) — то же от воздействия определен-
ного конкретного классифицируемого подвижного состава.
Эквивалентная нагрузка kQ исходя из заданной схемы сосредоточен-
ных грузов классифицируемого поезда и вида линии влияния силового
воздействия на сооружения определяется по известным правилам
строительной механики (см. п. 5.7). Для наиболее распространенных
сейчас и намеченных к перспективному применению на железных доро-
гах типов локомотивов, вагонов, транспортеров и другого вида подвиж-
ного состава значения kQ, KQ в табличной форме даны в специальном
Руководстве по пропуску подвижного состава по железнодорожным
мостам (М., Транспорт, 1993).
Величины К и KQ выражены в одних и тех же единицах, что позво-
ляет их сравнивать между собой1. Сопоставление классов элементов
пролетных строений по грузоподъемности с соответствующими класса
ми подвижных нагрузок по воздействию на мосты наряду с анализом
конструктивных особенностей и физического состояния сооружения по
зволяет судить о возможности и условиях пропуска конкретных типов
поездов, устанавливать режимы эксплуатации моста, принимать решения
о необходимости усиления слабых элементов пролетного строения или
полной его замены новым.
Значение нагрузки к, необходимое для определения класса данного
элемента по его грузоподъемности К, устанавливают на основе извест-
ных принципов расчета искусственных сооружений по методу предель-
ных состояний.
При определении грузоподъемности металлических пролетных
строений мостов рассматривают только предельные состояния первой
группы, которые ведут к потере несущей способности и, как следствие,
к прекращению эксплуатации сооружения.
Расчет выполняют с целью определения такой поездной нагруз-
ки к, при регулярном обращении которой элемент был бы гарантиро-
ван (с определенной обеспеченностью) от наступления предельного со-
стояния. При этом учитывают возможные неблагоприятные значения и
сочетания силовых факторов, возможные неблагоприятные характерис-
Следует подчеркнуть, что для полной сопоставимости классов К и
нагрузки Лн и kQ, а также коэффициенты (1 + /2_) и (1 +Д0) должны соответст-
вовать той линии влияния, по которой определено значение нагрузки к.
174
тики материалов, отклонения размеров, а также условия работы кон-
струкций.
Максимальное значение временной нагрузки в общем случае уста-
навливают из условия прочности, устойчивости формы и выносливости,
учитывая особенности конструкции и характер напряженного состояния
несущего элемента.
Рассмотрим определение максимально допустимой временной на-
грузки для несущего элемента, работающего на осевую сипу. Основное
условие метода предельных состояний
L < Ф.
Левая часть этого неравенства выражает усилие, возникающее при
действии предельных (расчетных) нагрузок, правая часть — несущую
способность элемента.
При расположении мостов на прямых участках пути к основным
нагрузкам, учитываемым при оценке их грузоподъемности, относят вре-
менную вертикальную нагрузку от подвижного состава и постоянную от
собственного веса пролетного строения. В этом случае условие прочности
примет виц:
S' + £ < mRF ,
к р	нт’
где S'.,S усилия от предельных значений соответственно временной и постоян-
л р
ной вертикальных нагрузок; - площадь поперечного сечения элемента нетто;
R — расчетное сопротивление металла; т - коэффициент условий работы данного
элемента.
Выразив S'k и S' через соответствующие площади линий влияния
усилий, можно записать, что в предельном состоянии
Ek k'n +	= m^f 
к п к р 11 р	нт
где - доля временной нагрузки, приходящаяся на одну ферму (балку) с учетом
фактического смещения оси пути относительно оси пролетного строения;
предельная временная вертикальная равномерно распределенная нагрузка от под-
вижного состава (с учетом динамики) в расчетах на прочность; е? — доля посте-,
. янной нагрузки, приходящаяся на одну ферму (балку); (в наиболее распростра-
ненных случаях е =0,5); р - предельная постоянная равномерно распред елей-
ная нагрузка на пролетное строение; Q - площади линий влияния, загру-
жаемые соответственно временной и постоянной нагрузками.
Из этого равенства получим предельную временную нагрузку
1
ек
^nRFur~ tpP'V,)-
175
Предельные нагрузки к’ и р связаны с соответствующими их
нормативными значениями следующим образом:
*'„ = кпПк> Р^Р,Пр?
где кп — нормативная временная вертикальная нагрузка; Р;- - нормативные
постоянные нагрузки от веса составных частей пролетного строения (металл про-
летного строения, мостовое полотно, смотровые приспособления и др.);	п^,
«р - коэффициенты надежности соответственно для нагрузок и рг .
Нагрузка // соответствует достижению предельного состояния дан-
ного элемента. От наступления предельного состояния конструкция мо-
жет быть гарантирована в случае, если воздействие реального подвижно-
го состава не будет превосходить его нормативного значения. Таким об-
разом допускаемая при эксплуатации временная вертикальная равномер-
но распределенная нагрузка по условию обеспечения прочности элемента
1
------------(mRF -е £2	).	(5-3)
п е.п, £2,	нг Р Р г Р
Нагрузка к^, называемая в дальнейшем для краткости допускае-
мой временной нагрузкой, является исходной для определения класса
элемента по грузоподъемности. .
Значение временной нагрузки, допускаемой по выносливости эле-
мента, определяется аналогично при nk = п = 1 Расчетная формула
имеет вид:	р
где 0 — параметр, учитывающий снижение динамического коэффициента для под-
вижного состава в расчетах на выносливость; 7В ~ коэффициент уменьшения рас-
четного сопротивления для элементов, работающих на переменные и знакопере-
менные усилия.
Временная нагрузка, допускаемая по устойчивости формы элемента
ку =	еР%^Рпп^	<5-5>
где - площадь поперечного сечения элемента брутто;
уменьшения расчетного сопротивления при продольном изгибе.
ф — коэффициент
* Для упрощения записи формул индексы i в дальнейшем тексте опущены.
176
Знак минус в формуле (5.5) соответствует случаю, когда величины
£2*. и П имеют один знак, а плюс — когда они разных знаков. Отсутст-
вие двойных знаков в формулах (5.3) и (5.4) обусловлено тем, что в
расчетах на прочность и выносливость всегда временной нагрузкой
загружается больший участок линии влияния и, следовательно, знаки
величин Ц, и £2 одинаковы.
Величины £2/: и Q во всех случаях соответствуют их абсолютным
значениям. При однозначной линии влияния
£2, = £2 = £2.
к р
Обобщая формулы (5.3) — (5.5), можно записать:
(5.6)
где G - геометрическая характеристика сечения.
В этой формуле R' = R в расчете на прочность, R' = <pR в расче-
те на устойчивость формы и R' — у R в расчете на выносливость;
G = или G = в зависимости от выполняемой проверки. При
пррверке прочности и устойчивости коэффициент 0 = 1. В расчетах На
выносливость, как уже отмечалось, единице равны коэффициенты
пк и пр-
Выражение (5.6) получено из рассмотрения воздействия на элемент
осевой силы, однако оно применимо и в других случаях напряженного
состояния. Для этого геометрическая характеристика G, вводимая
в расчет, должна отвечать условию
и
mR —	,
G
где U - данный силовой фактор; R — соответствующее этому фактору расчетное
сопротивление металла — основное или производное.
Для изгибаемой балки, рассчитываемой по нормальным напряжени-
ям, таким силовым фактором является момент М, и данное условие
имеет вид
щ/? = ---2И— = ——/И—
G	cW
нт
откуда
G= cW ,
нт
177
где W — момент сопротивления сечения нетто; с — поправочный коэффициент,
учитывающий допустимость ограниченных пластических деформаций в крайних
фибрах изогнутых и сжато-изогнутых элементах конструкций.
При классификации балок по касательным напряжениям в стенке
по нейтральной оси силовым фактором является поперечная сила Q, и
параметр
где «Sg - соответственно момент инерции брутто поперечного сечения балки
и статический момент половины ее сечения, определяемые относительно нейтраль-
ной оси балки, 5 - толщина стенки.
Аналогично устанавливается параметр G и для других случаев.
Если пролетное строение моста расположено на криволинейном
участке пути, то к числу основных нагрузок, вводимых в расчеты с ко-
эффициентами сочетания 77 = 1, должна быть отнесена и временная на-
грузка от центробежной силы. Исходным для всех видов расчетов
является условие
S' + 5" ± S' = mR'G,
кер
где S - усилие в элементе от воздействия предельной нагрузки, вызванной
с
центробежной силой.
Обобщенное выражение (5.6) при этом имеет вид:
I
к =—------------------------—~ (mR'G ± е £2 Ърп ),
п’у’в	рррр
(5.7)
где — SJ Sfc - коэффициент, учитывающий влияние центробежной силы
(значение его поясняется ниже).
Параметры R' ,G, в, пк и п при расчетах на прочность, устойчи-
вость и выносливость принимаются/ в соответствии с пояснениями к вы-
ражению (5.6).
При оценке грузоподъемности отдельных элементов решетчатых
главных ферм по прочности и устойчивости, а также опорных частей,
кроме рассмотренного выше случая воздействия на пролетные строения
только основных нагрузок (вертикальные временная и постоянная,
а для мостов на кривых и временная от центробежной силы), должно
учитываться сочетание этих нагрузок с дополнительными воздействиями
178
ветра и торможения поезда. При этом все одновременно учитываемые
временные нагрузки, как основные, так и дополнительные, вводятся
в расчеты с соответствующими понижающими коэффициентами сочета-
ний (т? <1).
При учете указанных дополнительных воздействий уравнение пре-
дельного состояния элемента по прочности и устойчивости1 * в общем
случае будет иметь вид:
S' + S'+ S' +	± S' = mR'G,
К с т V р
где Sp S>c, S*,	усилия от предельных воздействий на элемент соответственно
временной вертикальной нагрузки, центробежной силы (в мостах на кривых), тор-
можения поезда и давления ветра, определяемые с учетом 7] <1; S&- усилие от
предельной постоянной нагрузки.
Усилия от горизонтальных воздействий подвижного состава 5 и
S' можно выразить в долях усилия от временной вертикальной нагруз-
ки с помощью коэффициентов
Тогда
ек кп,у Пк "к Ч о + V Q + Sv nv 1 £р % ЪР Пр = mR'G’
и искомое значение допускаемой на элемент временной нагрузки
_ ^*врАр2р»р-»Л, sv	(5.8)
Л"’У= WA(1 + V Р
где Sv - усилие в элементе от нормативной ветровой нагрузки; и^,	- соответ-
ственно коэффициенты надежности и сочетаний к этой нагрузке. Остальные обозна-
чения имеют прежний смысл.
Поясним определение коэффициентов и £т, учитывающих влия-
ние горизонтальных временных нагрузок от центробежных сил (в мос-
тах на кривых) и торможения поезда.
Центробежные силы вызывают кручение пролетного строения и при-
водят к перегрузке одной фермы (расположенной с наружной стороны
кривой) по отношению к другой. Добавочная вертикальная равномерно
распределенная нагрузка к^, приходящаяся на ферму и учитываемая
1 В расчетах на выносливость воздействие ветра и торможения поезда
не учитывается.
179
при оценке грузоподъемности всех ее несущих элементов (как в расче-
тах прочности и устойчивости, так и выносливости), находится из ус-
ловия
ей =кВ,
Ос с '
где С() — нормативное значение равномерно распределенной горизонтальной попе-
речной нагрузки от центробежных сил инерции масс подвижного состава; с~
расстояние по вертикали от точки приложения центробежных сил (расположенной
на 2,2 м выше' головки рельса) до плоскости опирания пролетного строения на
опорные части; В - расстояние между фермами.
Нагрузку cQ, выраженную через искомое значение к, можно пред-
ставить следующим образом:
° к Ro Ro
где тк — масса поезда, приходящаяся на 1 м пути; v — скорость движения поез-
да; Ro - радиус кривой; g -ускорение свободного падения; 1+ /^-динамиче-
ский коэффициент К вертикальному воздействию рассматриваемого подвижно-
го состава.
Следовательно,
к	р2 йс
кс = g (1 + До)	Т ~ 
Таким образом
- У'с =
с s'k ек кпк ^к пк ’
где «с, и Ч ,	— соответственно коэффициенты надежности и сочетания
к нагрузкам от центробежных сил и вертикального воздействия поезда.
Учитывая, что чс = г]к = 1 и и, = пк, окончательно получим
екк ekgko<1 +
Следует отметить, что центробежные силы в мостах на кривых по-
мимо кручения вызывают и горизонтальный изгиб пролетных строений,
однако влиянием этого фактора при оценке грузоподъемности пренебре-
гают.
180
Криволинейное расположение рельсового пути на мостах может
существенно сказываться на величине эксцентриситета в приложении
вертикальных поездных нагрузок на сооружение (относительно продоль-
ной оси пролетных строений). Это обстоятельство учитывается введени-
ем в расчетные формулы (5.7) — (5.9) соответствующих значений efc,
устанавливаемых специальными замерами при обследовании мостов,
подлежащих классификации по грузоподъемности. Смещение центра
тяжести подвижного состава в сторону центра кривой, вызываемое
возвышением наружного рельса, в запас надежности в расчетах не учиты-
вается. Коэффициент определяется как доля поездной нагрузки от
поезда, приходящаяся на наружную относительно кривой главную фер-
му, и при любом фактическом смещении оси пути принимается равным
не менее 0,5.
Оценка несущей способности элементов проезжей части пролетных
строений мостов, расположенных на кривых, осуществляется тоже на
основе указанных выше расчетных предположений. Коэффициент £с
в этом случае также определяют по формуле (5.9), внося соответствую-
щие изменения в численные значения параметров h с, В и 1 + д0- Так,
для расчета продольных балок h с определяется как расстояние по вер-
тикали от точки приложения центробежной силы до середины высоты
продольных балок, в качестве В принимается расстояние между про-
дольными балками, а коэффициент 1 + д0 должен соответствовать
длине панели проезжей части.
Продольная горизонтальная нагрузка от торможения поездов при
оценке несущей способности мостов учитывается только при расчете
поясов решетчатых главных ферм, расположенных в уровне проезжей
части. При этом условно считается, что плоскость действия тормозных
равномерно распределенных нагрузок совпадает с продольной осью рас-
считываемых поясов. Рассматриваемая нагрузка является эпизодиче-
ской. Поэтому она не учитывается при оценке выносливости и вводится
в расчеты с коэффициентом сочетания, меньшим единицы.
Нормативная интенсивность тормозной нагрузки составляет
1/10 часть интенсивности нагрузки от подвижного состава и вводится
в расчет без динамического коэффициента. Принимая это во внимание,
а также учитывая, что интенсивность нагрузки от подвижного состава
и нормативная нагрузка при значительных длинах линий Влияния могут
быть приняты одинаковыми, значение 5^ можно определить из выра-
жения
0,1 к
где ит, 7?т - коэффициенты надежности и сочетаний к нагрузке от торможения
поезда; LT — параметр, зависящий от расположения рассчитываемого элемента
пояса по длине пролетного строения и конструкции проезжей части.
181
По физическому смыслу параметр L? представляет собой линии
влияния усилия в ездовом поясе главной фермы (в рассматриваемой
панели) от воздействия единичной горизонтальной продольной нагрузки,
передаваемой на ферму с проезжей части. Так, например, при конструк-
ции проезжей части, обеспечивающей равномерную передачу тормозных
нагрузок на ездовые пояса в каждом узле сопряжения поперечных балок
с главными фермами, значение для элемента пояса, расположенного
в панели между узлами с номерами i и i +1, определяется по фор-
муле:
ZTG,i+i)= l~av
где / — расчетная длина пролетного строения; i — номера узлов фермы в плос-
кости проезжей части, считая от опорного узла с неподвижными опорными частя-
ми (i = 0); а. — расстояние от оси неподвижных опорных частей до ьго узла.
Поскольку «т = пк, коэффициент
S’ 0,14tLt
$т =---- =  --------------- (5 _10)
sk	+
Некоторые особенности имеет определение временной нагрузки
кв, допускаемой по выносливости элементов. Выполненные исследова-
ния показывают, что для элементов пролетных строений эксплуатируе-
мых мостов из углеродистой стали, в том числе из сварочного и литого
железа, коэффициент 7в в расчетах на выносливость может определять-
ся из выражения
7 =----------------1------------------	(5.11)
в 13	0
(0,79~ ± 0,25)-(0,79~ Т О,25)рв
где (3 - эффективный коэффициент концентрации напряжений для рассматривае-
мого сечения; £ - коэффициент режима нагружения элемента; рв — коэффици-
ент асимметрии цикла переменных напряжений (отношение действующих в эле-
менте наименьших О . и наибольших О по абсолютной величине напряже-
ния	max	1
ний со своими знаками).
Верхние знаки в формуле (5.11) соответствуют случаю преимущест-
венного растяжения, нижние — преимущественного сжатия.
Поскольку параметр рв зависит от временной нагрузки, значение
которой является искомой, грузоподъемность элемента по выносливо-
сти с помощью формул (5.6) и (5.7) в общем случае в точном решении
можно установить методом последовательных приближений. Норматив-
182
ный документ по определению грузоподъемности металлических мостов
предусматривает следующую последовательность решения этой задачи.
Сначала выбирается приближенное исходное значение коэффициента 7в
и определяется соответствующая ему допускаемая временная нагрузка
по выносливости к . Затем с учетом полученного значения к* вычис-
ляется коэффициент асимметрии цикла рв и находится расчетное
значение у . Если 7в отличается от ув более чем на ±5 %, то исходное
значение у корректируется и расчет повторяется заново.;
Для уменьшения трудоемкости указанных расчетов может быть
предложена более простая методика определения допускаемой нагрузки
по выносливости.
Параметр рв для элементов с двухзначной линией влияния связан
с искомой нагрузкой кв выражением
°min е S2 Sp - е. ф к 0 S2 
р р ' к в mm
о = ---------------------------------------,
в а	е„ £2 Sp + е. к в £2
• max	р р К в к
где S2 . - меньшая по абсолютной величине площадь однозначного участка ли-
mm
к _
в min
нии влияния; ф =--------- — коэффициент, учитывающий отношение эквива-
® к
в
лентных нагрузок для меньшего и-болыпего участков линии влияния; кв mJn —
соответствующая параметрам S2mjn временная вертикальная нагрузка.
Коэффициент с достаточной точностью может быть определен
как отношение нормативных единичных эквивалентных нагрузок, соот-
ветствующих параметрам линий влияния J2min и £2^.
Подставив указанное значение дв в выражение (5.11) и используя
следующее уравнение предельного состояния
ekekB^k+ ерПрЪ т KRG?
после простых преобразований получим формулу для определения
искомого значения допускаемой нагрузки по выносливости:
кв
mRG Т 0,5ер S2p Sp
ел0^[(О,79-|
± 0,25) + (0,79 Т 0,25) Фв
£2 .
_ ПЦ.Ш]
(5-12)
В этой формуле, как и в выражении (5.11), верхние знаки соответ-
ствуют случаю преимущественного растяжения, нижние — преимущест-
венного сжатия.
183
При однозначной линии влияния значение omin соответствует дей-
ствию только постоянной нагрузки 1р , и учитывая, что £2m 1п = 0,£2^ —
= £2р ~ £2, формулы Для определения рв и к* упрощаются:
ер £2Sp
е Z р + е, 0 к ’
р	кв
mRG + 0,5е £2
=--------------Р--------.
0 £2(0,79	± 0,25)
Определив tB предлагаемым способом, следует проверить выпол-
нение условия ув < 1. Для этого вычисляют рв и определяют по фор-
муле (5.11) значение ?в- Если окажется, что ?в >1, величину к нахо-
дят из указанного уравнения предельного состояния, приняв ? — 1.
Нагрузки и их коэфициенты. Постоянная нагрузка от собственного
веса пролетного строения с мостовым полотном и всех расположен-
ных на нем конструкций (смотровых приспособлений, мачт электрифи-
кации, трубопроводов и др.) определяется по справочным данным и ма-
териалам обследования сооружения и вводится в расчеты как равномер-
но распределенная по длине пролетного строения с соответствующими
коэффициентами надежности.
В качестве нормативной эталонной нагрузки к , на основании ко-
торой по формулам (5.1) и (5.2) устанавливаются классы К и К ,
в принципе может быть принята любая поездная нагрузка. Более удоб-
на для рассматриваемых целей одна из схем подвижного состава, исполь-
зованная при проектировании мостов. Система оценки грузоподъемно-
сти мостов методом классификации разработана в 30-х годах, когда
искусственные сооружения проектировали под поездную нагрузку схе-
мы НК. Эталоном служила единичная нагрузка этой схемы Н1. Несмотря
на то, что при переходе к проектированию металлических мостов по ме-
тоду предельных состояний в 1962 г. была введена и используется сейчас
новая поездная нагрузка схемы СК, изменять ранее принятый эталон
нецелесообразно. Это Привело бы к неоправданным трудоемким пере-
расчетам классов всех типов подвижного состава железных дорог.
Нормативная интенсивность ветровой нагрузки при классифика-
ции мостов по грузоподъемности определяется так же, как и при проек-
тировании новых сооружений в зависимости от свойственного данному
району скоростного напора ветра, высоты сооружения и его аэродинами-
ческих характеристик. Вводят ее в расчеты с коэффициентом надежно-
сти Пр =1,5. Учитывая, что в процессе многолетней эксплуатации соо-
ружение неоднократно выдерживало без опасных последствий наиболь-
184
шее для данного района давление ветра, расчеты на его воздействие вы-
полняют только при наличии на мосту более тяжелого обращающегося
на линии поезда.
Коэффициенты надежности для временной вертикальной нагруз-
ки от подвижного состава пк, а также от тормозных и центробежных
воздействий поезда (п , и ) в расчетах на прочность и устойчивость
устанавливают в зависимости от длины загружения линии влияния
усилия Л. При X равных 0, 50 и 150 м, значения пк соответствен-
но равны 1,15; 1,10 и 1,05. Промежуточные значения определяются
интерполяцией. В отличие от проектирования новых сооружений
указанные коэффициенты в расчетах грузоподъемности имеют не-
сколько меньшие значения, так как возможная перегрузка отдельных
элементов моста, вызванная смещением оси пути относительно оси
пролетного строения, учитывается отдельно (коэффициентом е^).
В расчетах на выносливость коэффициенты надежности для всех на-
грузок, включая постоянные, принимаются равными единице.
Динамический коэффициент обращающегося на сети подвижно-
го состава 1 + др устанавливают на основе специальных динамиче-
ских испытаний эксплуатируемых мостов с металлическими пролет-
ными строениями. При определении их грузоподъемности по проч-
ности и устойчивости принимают для поездов с тягой:
электровозной и тепловозной
м0	ч ’
30+Х	(5.13)
паровозной
27
1 + д0=1+-------(5.14)
зо + X
Для основных элементов главных ферм значению X в этих фор-
мулах соответствует расчетный пролет фермы, а для балок проезжей
части и элементов, работающих на местную нагрузку, — длина загру-
жения линии влияния.
Коэффициент 1 + д к эталонной нагрузке к , имеющей в сво-
ей основе схему поезда с паровозной тягой, подсчитывают по форму-
ле (5.14) и принимают равным не менее 1,15.
Расчеты на выносливость ведут не на максимальную, а на наибо-
лее часто повторяющуюся эксплуатационную нагрузку, и значения
динамических коэффициентов в этом случае уменьшают принимая их
равными 1 + 2/з д0. Поскольку класс поезда по воздействию на
мосты К для всех видов расчета (на прочность, устойчивость и вы-
носливость) удобнее выражать одной величиной, указанное умень-
шение динамического воздействия в расчетах на выносливость учиты-
вают соответствующим увеличением допускаемой нагрузки на эле-
185
мент, вводя в знаменатель выражений (5.4),	(5.6) и (5.7) пара-
метр О < 1:
2
1+ 4-Мо
в = _—3L—0 •
1 + ц
м0
При классификации эксплуатируемых мостов, изготовленных
из ранее применявшегося в мостостроении металла, основные расчет-
ные сопротивления при работе на растяжение, сжатие и изгиб прини-
мают равными, МПа: для сварочного железа — 160; для литого же-
леза выплавки до 1906 г. — 185; для литого железа выплавки после
1906 г. и стали типа Ст. 3 — 190. Если марка металла неизвестна, то
по результатам испытаний образцов этого металла в качестве R при-
нимают меньшее из двух значений: 80 % предела текучести или 50 %
предела прочности. Для мостовых сталей современных марок значе-
ние R устанавливают в соответствии с нормами проектирования но-
вых сооружений.
Производные расчетные сопротивления металла элементов кон-
струкций и их соединений принимаются равными: на срез в сечениях
элементов - 0,75/?; на срез в заклепках и болтах повышенной точ-
ности (точеных) — 0,807?; на смятие в соединениях — 2,50/?; на от-
рыв головок заклепок и болтов — 0,607?.
Коэффициент уменьшения расчетного сопротивления при продоль-
ном изгибе ф зависит для клепаных элементов от их гибкости Хо,
приведенного относительного эксцентриситета в плоскости изгиба i и
Рис. 5.1. Кривые зависимости коэффициента ф_от гибко-
сти клепаных элементов Хо для центрально- (i — 0) и вне-
центренносжатых (i >0) элементов
186
Рис. 5.2, Кривые зависимости коэффициента режима нагру-
жения £ от продолжительности эксплуатации сооруже-
ния Т игрузонапряженностиучастка Г
марки стали. Для внецентренно сжатых элементов и элементов, имею-
щих искривления,
Р
где е - наибольший эксцентриситет или стрела искривления в плоскости изгиба
р - ядровое расстояние по направлению, противоположному эксцентриситету.
Значения коэффициентов для сжатых клепаных элементов из
сварочного железа и углеродистых сталей типа Ст.З можно определить
по графику рис. 5.1.
Для определения коэффициента ув уменьшения расчетного сопро-
тивления металла в расчетах на выносливость необходимо располагать
187
значениями коэффициента режима нагружения ? и эффективного ко-
эффициента концентрации напряжения 0.
Коэффициент £, учитывающий отличие действительной работы
элементов моста от стационарных режимов лабораторных усталостных
Испытаний, в основном зависит от продолжительности эксплуатации
моста Т и грузонапряженности железнодорожного участка Г, на кото-
ром он расположен (рис. 5.2). С увеличением прошедшего срока экс-
плуатации пролетного строения и ростом интенсификации работы желез-
ных дорог значение ? уменьшается, и несущая способность сооружения
по выносливости тоже уменьшается.
5.2. Оценка грузоподъемности балок со сплошной стенкой
Классы грузоподъемности сплошностенчатых главных бадок разрез-
ных пролетных строений и балок проезжей части устанавливаются по ре-
зультатам расчетов: на прочность и выносливость по нормальным напря-
жениям; на прочность по касательным напряжениям; на прочность по-
ясных заклепок или сварных швов; на устойчивость формы.
Несущая способность балок проезжей части, кроме того, оценивается
классами грузоподъемности по прикреплению продольных балок к попе-
речным и поперечных балок к главным фермам.
В напряженном состоянии конструкций небольших пролетов роль
ветровых и тормозных воздействий невелика, и ими можно пренебречь.
Поэтому грузоподъемность таких конструкций определяется при учете
воздействия на них только основных нагрузок с использованием обоб-
щенных формул (5.6) или (5.7). В настоящем пункте все рассматривае-
мые вопросы для простоты изложения относятся к случаю однопутных
пролетных строений мостов на прямых участках пути.
Расчет балок по нормальным напряжениям на прочность и вынос-
ливость. Классы грузоподъемности по нормальным напряжениям на
прочность должны определяться в местах действия наибольших изги-
бающих моментов, в зонах стыков поясов и стенок, в местах наиболь-
ших ослаблений и других опасных сечениях. Допускаемую по прочности
временную нагрузку, кН/м пути, определяют по общей формуле (5.6),
которая применительно к разрезным балкам имеет вид1
= е п £2 (mRcW - ер	пр) >	(515)
к к л
где £2 - площадь линии влияния изгибающего момента в рассматриваемом попе-
речном сечении балки; W — расчетный момент сопротивления сечения; с — по-
1 Для соблюдения принятой размерности искомой нагрузки (кН/м пути)
в эту и другие аналогичные формулы все величины должны подставляться в сле-
дующих единицах измерения: кН, кПа, м.
188
правочный коэффициент, учитывающий в расчетах на прочность по нормальным на-
пряжениям допустимость ограниченных пластических деформаций в крайних фиб-
рах изогнутых и сжато-изогнутых элементов. Для главных и продольных балок он
принимается равным 1,1, для поперечных - 1,0.
Расчетный геометрический параметр изгибаемого элемента — момент
сопротивления W — принимается равным моменту сопротивления нетто:
где /нт — момент инерции нетто поперечного сечения балки; >’п1ах — расстояние
от нейтральной оси до наиболее удаленной фибры рассматриваемого сечения.
В зоне стыка или прикрепления несущая способность балки, кроме
того? должна быть оценена по грузоподъемности элементов стыка (при-
крепления) . При этом
И7 = ---------------}
Лп ах
где — сумма моментов инерции нетто относительно нейтральной оси балки
поперечного сечения частей, не имеющих стыков или обрывов в рассматриваемом
сечении; 2?2 - сумма моментов инерции относительно нейтральной оси балки
элементов стыка (прикрепления).
Грузоподъемность элементов стыка (прикрепления) определяется
несущей способностью накладок или несущей способностью их прикреп-
ления (на заклепках, болтах, сварке) в зависимости от того, что мень-
ше. В связи с этим для каждой накладки в стыке при подсчете в сум-
мы S/2 необходимо подставлять меньшее из двух значений: момент
инерции нетто поперечного сечения накладки / , определенный отно-
сительно нейтральной оси балки, или момент инерции относительно
той же оси /0, вычисленный по сечению связующих элементов, постав-
ленных в пределах полунакладки. При соединении на заклепках
где у. — расстояния от нейтральной оси балки до заклепок, прикрепляющих по-
лунакладки (для горизонтально расположенных заклепок у. находится как рас-
стояние от нейтральной оси до центра заклепок, а для вертикально расположен-
ных — до соответствующей плоскости среза заклепок); Д - параметр для расчета
заклепок (д соответствует числу заклепок, необходимому для прикрепления
элемента с расчетной площадью поперечного сечения, равной единице).
189
Грузоподъемность балок на выносливость определяется в местах
повышенной концентрации напряжений. Наиболее опасными и потому
подлежащими проверке являются, как правило, места обрыва поясных
листов, а также места наложения поперечных сварных швов, располо-
женных в растянутой зоне балки.
Расчет на выносливость аналогичен расчету на прочность. Отличие со-
стоит в том, что расчетное сопротивление металла в проверяемом сече-
нии подсчитывают с понижающим коэффициентом уз (см. п. 5.1), учи-
тывают снижение динамического воздействия подвижного состава (пара-
метр в) и принимают и = пк = 1, с = 1. Формула (5.15) принима-
ет вид:
1
к =---------рщ . е ПЯЛ	(5-16)
п екеп в Р
где S2 - площадь линии влияния изгибающего момента в сечении, проверяемом
на выносливость.
Расчет балок иа прочность по касательным напряжениям. Классы
грузоподъемности изгибаемых балок по касательным напряжениям
определяются по их нейтральной оси в местах действия наибольших
поперечных сил, а также в зонах возможных ослаблений. Если учесть,
что расчетное сопротивление на срез в сечениях равно 0,757? и что дан-
ному виду расчета соответствует геометрическая характеристика
^бр
G = ---------й (см. п. 5.1), то из формулы (5.6) получим выражение
временной Рнагрузки, допускаемой по касательным напряжениям в стен-
ке балки:
1	/бр	„	(5.17)
к = --------------- (0,75 mR-----6-епП Sp п),
" е- n.Q.t 4	S, Р Р Р
/ к к	бр
где	- площади линий влияния поперечной силы в рассматривае-
мом сечении балки.
Расчет балок на устойчивость формы. Несущая способность при
рассматриваемой проверке оценивается, как правило, классами грузо-
подъемности по устойчивости сжатых поясов (общая устойчивость
плоской формы изгиба), опорных стоек и местной устойчивости стенки
балок.
Допускаемая временная нагрузка на изгибаемые балки по устой-
чивости их сжатых поясов может быть определена из условия, что возни-
кающие в эксплуатации наибольшие по значению нормальные сжимаю-
щие напряжения, вычисленные по сечению брутто, достигают расчетного
190
сопротивления, равного </> R, как для центрально сжатых элементов.
Исходя из этого положения и принимая в качестве геометрической ха-
рактеристики G момент сопротивления сечения брутто для наиболее
сжатой фибры , получим на основании формулы (5.6) расчетное
выражение для нагрузки, допускаемой по устойчивости пояса балки:
1
ку = -—-~(m<pRW -с Slip п),	(5.18)
П Ъ
где Г2— площадь линии влияния изгибающего момента для сечения, расположен-
ного посередине свободной длины сжатого пояса.
Временная нагрузка, допускаемая по устойчивости опорных стоек,
1
к =-----------(т tp RF - е Slip п ),
у ек пк	б₽ Р Р
где Г2 площадь линии влияния опорной реакции балки;
сечения стойки.
(5-19)
F6P
площадь брутто
Расчет прикреплений продольных балок к поперечным. Напряжен-
ное состояние элементов такого прикрепления в общем случае опреде-
ляется действующими в этой зоне поперечной силой, изгибающим мо-
ментом, вызванным фактической неразреэностью продольных балок,
а также осевыми усилиями в продольных балках, обусловленными во-
влечением их в совместную работу с поясами главных ферм. Классифи-
кации по грузоподъемности обычно подлежат пролетные строения,
спроектированные по устаревшим нормам, не предусматривавшим спе-
циальных мероприятий по включению проезжей части в совместную ра-
боту с главными фермами. Поэтому указанные осевые усилия в про-
дольных балках малы. Учет их при оценке грузоподъемности рассматри-
ваемых конструкций производится введением в расчет в необходимых
случаях коэффициентов условий работы т < 1.
В ПИИ мостов А. А. Ровным, В. М. Фиш, В. И. Клопатовским были
проведены специальные исследования особенностей работы проезжей
части, в том числе с устаревшими конструкциями пересечения продоль-
ных и поперечных балок, не имеющих специальных элементов (’’рыбок”)
для восприятия действующих в этих зонах изгибающих моментов. Про-
дольные балки рассматривались как четырехпролетные нераз-
реэные, опирающиеся на упругие опоры и содержащие упруго-податли-
вые угловым деформациям надопорные стыки (рис. 5.3). Упругость
каждой из опор обусловливается прогибами поперечных балок. В неос-
новных узлах фермы (опоры 1 и 3) податливость опор, кроме того,
увеличивается за счет удлинения подвесок. Податливость надопорного
стыка угловым деформациям определялась экспериментально.
В результате теоретического анализа установлено, что наибольший
191
б)
Рис. 5.3. Схема главной фермы пролет-
ного строения (а) и расчетная схема про-
дольных балок проезжей части (б) :
О, 1 -- 4 — номера узлов фермы; d —
длина панели проезжей части
отрицательный момент возникает над средней опорой 2, соответствую-
щей основному узлу фермы, и при оценке грузоподъемности прикреп-
лений продольных балок к поперечным он может определяться по фор-
муле:
<?м
М= т т М = т т -—,	(5.20)
к и б кн 8	’
где Afg — изгибающий момент посередине пролета продольной ба лк и, рассматри-
ваемой как разрезная; d - длина панели проезжей части; <?м - интенсивность
нагрузки, соответствующая линии влияния М^;	- корректирующий коэффи-
циент, учитывающий фактическую неразрезность продольных балок и упругую
податливость их опорных сечений; т* — корректирующий коэффициент, учиты-
вающий переход от эквивалентной нагрузки, соответствующей линии влияния М
в неразрезной балке, к эквивалентной нагрузке q^ и равный 0,6.
Коэффициент т определяется выражением
1+415 + 3£>(1 + 225)
Шн ~ 1,37+ 115+ 60(1,17 + 45 + 1,50)
Параметры В и D безразмерные:
где I с> Fn — соответственно длина и площадь поперечного сечения подвески
(стойки) в главной ферме; Zg - момент инерции поперечного сечения продольной
балки при изгибе в вертикальной плоскости; — характеристика угловой подат-
ливости опорного сечения продольной балки; Е — модуль упругости металла.
Параметр В учитывает влияние податливости опор продольной бал-
ки в неосновных узлах главной фермы, вызванной удлинением подвесок
(сжатием стоек), а параметр U — влияние упругой угловой податливо-
сти опорных сечений, обусловленной деформациями элементов стыка
продольных балок и существенно зависящей от его конструкции. Для
192
современных конструкций при наличии ’’рыбок” эта податливость ми-
нимальна; для устаревших -конструкций без . ’’рыбок” она может быть
значительной. Естественно, что с увеличением В расчетный опорный мо-
мент М увеличивается, а с ростом D— уменьшается.
Найденная расчетом податливость опор, вызываемая прогибами по-
перечных балок, учитывается в выражении коэффициента осред-
ненной постоянной величиной.
Поперечную силу в рассматриваемой зоне проезжей части можно
с достаточной точностью определять, считая продольные балки разрез-
ными. В соответствии с таким подходом наибольшая поперечная сила,
действующая на прикрепление
е« «е 4-.	<5-21?
где Qq —интенсивность нагрузки, соответствующая линии влияния Q.
Учитывая выражения (5.20) и (5.21) при определении усилий, дей-
ствующих в прикреплениях продольных балок к поперечным, можно
пользоваться следующими площадями линий влияния:
опорного изгибающего момента
£2= m ш —т~ = 0,6-0,125 т d2 = 0,075 т d2-	(5-22)
К Но	и	н
опорной поперечной силы
П = 0,5d.
Клепаное прикрепление при наличии верхней и нижней ’’рыбок”.
При оценке грузоподъемности такого прикрепления предполагается,
что изгибающий момент полностью воспринимается ’’рыбками”, а попе-
речная сила — заклепками, поставленными в полках вертикальных
уголков.
Расчет ’’рыбок” производится на усилие от действия максимального
опорного момента Afmax. Условие прочности в этом случае.
^тпах
-------- mRF ,
h -	нт
рб
где F - площадь нетто поперечного сечения’’рыбки”; йрд- расстояние между
центрам и тяжести поперечных сечений обеих ’’рыбок”.
Геометрическая характеристика G, соответствующая этому усло-
вию, равна Л р0 Fht, и отсюда формула (5.6) принимает следующий вид
в расчетах: 7
7 Зак. 1188
193
на прочность
1
к" = 7T"sT (w7?ApB Fht - еР П 2 Р пр>!	(5.23)
к к
на выносливость
к =--------—(ту Rh KF -е П£р),	(5-24)
в е, 0 £2 в рб нт р
к
где £2 = 0,075т- площадь линии влияния опорного момента в продольной
балке.
Коэффициент условий работы т учитывает влияние продольной
силы, возникающей в соединении при совместной работе балок проез-
жей части с поясами ферм. Его значение принимают в зависимости от
конструктивных особенностей балочной клетки и длины пролета ферм.
Эталонная нагрузка, необходимая для классификации ’’рыбок” по
их грузоподъемности, а также для классификации подвижного состава,
при этом должна приниматься как для простой балки при длине загру-
жения X = d и при а = 0,5.
Выражение (5.23) используется и для определения допускаемой
временной нагрузки по прочности заклепок, соединяющих ’’рыбки”
с поясами продольных балок. В этом случае площадь сечения ’’рыб-
ки” Fht заменяется расчетной площадью сечения заклепок где
п — число заклепок, поставленных на одном конце ’’рыбки”; д — пара-
метр для расчета заклепки по одиночному срезу или смятию.
Заклепки, соединяющие уголки прикрепления со стенкой продоль-
ной балки, проверяют по двойному срезу или смятию на действие макси-
мальной поперечной силы Q , считая, что она распределяется меж-
ду этими заклепками поровну?*^словие прочности:
@т ах
п
(5.25)
где п — число рассматриваемых заклепок.
Геометрическая характеристика, отвечающая данному условию,
G — -&—, и в соответствии с формулой (5.6)
к
п
1
—--------(те/?
ек пкп
п
-jr-epwpnp),
(5.26)
где £2— 0,5 d — площадь линии влияния поперечной силы в опорном сечении про-
дольной балки.
194
Рис. 5.4. К расчету заклепок, соединяю-
щих уголки прикрепления со стенкой
продольной балки (при отсутствии ’’ры-
бок”)
По этой же формуле определяется допускаемая временная нагрузка
по одиночному срезу или смятию заклепок, соединяющих уголки со
стенкой поперечной балки. При этом в расчетах на смятие принимает-
ся Я = d.
Клепаное прикрепление при отсутствии ’’рыбок”. В таком при-
креплении из-за отсутствия ’’рыбок” заклепки, соединяющие утолки
со стенкой продольной балки, воспринимают как поперечную силу, так
и опорный изгибающий момент. Однако зти заклепки, как и при наличии
’’рыбок”, рассчитывают на действие только наибольшей поперечной си-
лы Q , вводя поправку на действие изгибающего момента. Эта по-
правка учитывается коэффициентом условий работы . В данном слу-
чае G — —> а допускаемая временная нагрузка [по аналогии с фор-
мулой (5.26)]
I	п
R “ еР Wpn, ),
(5.27)
где О — 0,5d.
Коэффициент ГД] определяется при наиболее неблагоприятном
расположении временной нагрузки на проезжей части моста. Одним из
неблагоприятных загружений является расположение поезда на четырех
смежных панелях (см. рис. 5.3). В этом случае прикрепление восприни-
мает опорный момент Mm,v и некоторую (не максимальную) попе-
. От действия момента заклепки испытывают горизон-
тальные усилия (рис. 5.4); в наиболее напряженных крайних заклепках
такое усилие
S =	(5.28)
м И'1
где К	; У; — расстояние от центра рассматриваемого заклепочного
Лтах
иоля до i-й заклепки; >m;ix ~ расстояние от этого же центра до крайней за-
клепки.
195
Для заклепочного поля с симметричным (относительно нейтральной
оси и плоскости стыка стенки балки) рисунком размещения заклепок,
а также одинаковым их шагом параметр
v п Л (л + 1)
3	3	3	3
6 (лз - 1)
(5.29)
где V — число заклепок в каждом горизонтальном ряду; п - то же в каждом
вертикальном ряду; h = 2утах - расстояние между крайними заклепками в пре-
делах высоты балки.
Заклепки, соединяющие уголки со стенкой продольной балки, раз-
мещаются, как правило, в одном вертикальном ряду, и в этом случае
V = 1.
3	w
Усилие в заклепке 5 q, вызываемое поперечной силон, направлено
Q „
вертикально и равно ~. Полное усилие — геометрическая сумма зна-
чений Sq и Sm- Следовательно, условие прочности крайней заклепки
имеет вид:
Сопоставляя его с выражением (5.25), получим
1 ____________
1 J ~~Q	2
V(~-------) +(---Шах-------
Стах етах
Усилия 0,ет ?1< и Л/тах пропорциональны нагрузке, и при опре-
делении отношении этих величин можно рассматривать загружение про-
езжей части эталонной нагрузкой по схеме Н1. При этом следует прини-
мать во внимание зависимость интенсивности нагрузок от длин загруже-
ния. Пренебрегая собственным весом конструкций и учитывая зависимо-
сти (5.21) и (5.22), можно записать:
С	0,5А/н2<7	Л/тах	0,075^3d2mo
= --------= -----------= ----------.--
^тах	0,5lnld	^тах	0>5*Hld
= 0,15dm v,
о 2
196
где "V — —*--------; Р---------; к - предельное значение эталонной эквива-
1 к ,	к ,	1,1
Н1	Н1
лентной нагрузки для линии влияния поперечной силы (при X = d и а — 0);
Лн2 - то же для линии влияния давления, передающегося на поперечную балку
с двух смежных панелей проезжей части (при \ — 2d и С = 0,5); £н3~тожедля
линии влияния момента по середине разрезной продольной балки (при X — d и
а = 0,5),
Расчеты показали: с достаточной точностью можно принять vx~ 0,66
и т>2 = 0,83. С учетом этих значений и приведенного выше значения И7,
определяемого по формуле (5.29) при v? = 1,
т.
'	^H(«3-D 2
0,44 + 0,56 ( —----]
йз<”з+»
Другим неблагоприятным загружением может оказаться расположе-
ние поезда на двух смежных панелях с одной стороны от рассматривае-
мого узла прикрепления. В этом случае прикрепление воспринимает
максимальную поперечную силу Стах и некоторый (не максимальный)
опорный момент М. Значение для данного случая устанавливают
аналогичным путем. При этом v =1 (Q = Gmax)> значение изгибаю-
щего момента из-за сокращения длины загружения в два раза умень-
шается наполовину, а параметр П2 =0,98. Для данного загружения
1
. .............-
/	dm (и - 1) ,
Vl + 0,19[—------------]
h3(n3. 1)
Для определения допускаемой нагрузки в формулу (5.27) вводится
меньшее из двух полученных выше значений т, которое соответству-
ет более опасному положению нагрузки. В нормативных документах по
оценке грузоподъемности мостов наименьшие расчетные значения
табулированы в зависимости от известных для рассматриваемой кон-
струкции параметров пз и г?з = —— •
3
Заклёпки, соединяющие уголки прикрепления со стенкой попереч-
ной балки, от воздействия опорного изгибающего момента работают на
осевые усилия (на отрыв головок). Эти заклепки воспринимают также
197

Рис. 5.5. К расчету заклепок, соединяю-
щих уголки прикрепления со стенкой
поперечной балки (при отсутствии ’’ры-
бок”)
и поперечную силу, однако воздействие максимального момента Л/тах
является определяющим фактором при оценке их грузоподъемности.
Экспериментами установлено, что растяжению подвергается только часть
заклепок, расположенных в верхней зоне продольной балки. Сжатие,
возникающее в нижней ее зоне, в основном воспринимается обушками
уголков прикрепления и стенкой поперечной балки. Нейтральная ось
располагается на расстоянии от наиболее растянутой заклепки, равном
примерно 60 % высоты прикрепления. Эпюра усилий в заклепках близка
к прямолинейной (рис. 5.5). При таком характере работы соединения
усилие в наиболее растянутой заклепке можно определять с некоторым
приближением по формуле (5.28), условно считая, что при действии мо-
мента все заклепки в одинаковой мере способны работать не только на
растяжение, но и на сжатие, а нейтральная ось совпадает с центром закле-
почного поля. Условие прочности заклепки при этом:
М /W =R/U
max ' 2
где W2
— характеристика рассматриваемого поля заклепок в стенке
поперечной балки, отвечающая указанным выше особенностям их работы; /J — па-
раметр заклепки, соответствующий ее работе на отрыв головки.
Рис. 5.6. К расчету заклепок, соединяю-
щих уголки прикрепления со стенкой
продольной балки "(при наличии верхней
’’рыбки”)
198
Как показывают расчеты, W приближенно можно определить по
формуле (5.29), приняв v3 = 2. В рассматриваемом случае G = WJ р
и в соответствии с формулами (5.6) и (5.29) в расчетах на прочность
।	h п
к = ------- (х R —- е S2 Zp п ),	(5-30)
п eknkQ	р Р Р
где О — площадь линии влияния опорного момента в продольной балке, опреде-
ляемая выражением (5.22); п3~ УзПз~ общее число заклепок, соединяющих
уголки прикрепления со стенкой поперечной балки; X = («3 + 1)/6(к3 - 1) —
коэффициент, зависящий от числа заклепок в одном вертикальном ряду.
Грузоподъемность рассматриваемых растянутых заклепок по вынос-
ливости определяется по общим правилам при коэффициенте ?в = 0,5.
и Клепаное прикрепление при наличии только верхней "рыбки”.
При таком прикреплении грузоподъемность ’’рыбки” определяется
аналогично тому, как это выполняется при наличии верхней и нижней
’’рыбок”. Допускаемая временная нагрузка для ’’рыбки” по прочности
определяется по формуле (5.23). Отличие состоит лишь в том, что пле-
чо внутренней пары здесь принимается равным 0,8 высоты опорного се-
чения продольной балки Л б.
Заклепки, соединяющие уголки прикрепления со.стенкой продоль-
ной балки, рассчитываются как и при отсутствии ’’рыбок”, однако ха-
рактер распределения усилий в заклепках здесь несколько иной. Поста-
новка ’’рыбки” оказывает на эти заклепки разгружающее действие, при-
чем для верхних заклепок разгрузка сказывается в большей степени,
чем для нижних. В результате эпюра горизонтальных усилий в заклеп-
ках от изгибающего момента приобретает несимметричный вид
(рис. 5.6). Допускаемая временная нагрузка для данных заклепок
определяется выражением (5.27). Несимметричность зпюры учитывается
при назначении величины W которая определяется исходя из следую-
щих соображений. Горизонтальное усилие 5М, вызванное в нижней
заклепке моментом М, можно определить как результат действия го-
м
ризонтальной силы N— — , приложенной к торцу продольной бал-
ки на расстоянии е от центра заклепочного поля:
5 =..ЦУ +	= _ЛЛ_____(_Л_ +	;
м и W, 0,8h, п W, ’ '
10	13
0,8Лб
где W =----------.
3	1- е
~п *
199
Таким образом, при наличии верхней ’’рыбки” в формулы для
определения взамен JV следует подставлять значение . В осталь-
ном расчет выполняется так же, как при отсутствии ’’рыбок”.
Заклепки, соединяющие уголки прикрепления со стенкой попереч-
ной балки, рассчитываются в данном случае только на действие макси-
мальной поперечной силы Стах> как и ПРИ наличии верхней и нижней
’’рыбок”. Допускаемая временная нагрузка по прочности определяется
по формуле (5.26) с введением соответствующих значений пир.
Расчет прикрепления поперечных балок к главным фермам. Соеди-
нение рассчитывают на воздействие опорной реакции Q поперечной бал-
ки в узле фермы, к которому крепится рассматриваемая поперечная
балка, от местной нагрузки с двух примыкающих к ней панелей проез-
жей части. Условие прочности заклепки: Q/п — mR/ ц, где п — число
заклепок в соединении. Геометрический параметр, отвечающий данному
расчету, G— п/ц.
Допускаемая временная нагрузка
(5'31)
ек пк “
где S2 — площадь линии влияния давления смежных продольных балок на попе-
речную.
Для конструкции прикрепления, исключающей работу заклепок
на отрыв головок, коэффициент условий работы т = 1, в противном
случае т= 0,85.
5.3.	Определение грузоподъемности элементов решетчатых
главных ферм пролетных строений
При оценке несущей способности решетчатых пролетных строений
должны определяться классы грузоподъемности всех элементов главных
ферм по прочности металла в наиболее ослабленных их поперечных
сечениях, а также по прочности стыков и прикреплений. Для элемен-
тов, работающих на знакопеременные и переменные растягивающие уси-
лия, определяются также классы по выносливости в поперечных сече-
ниях с наибольшей концентрацией напряжений. Элементы, испытываю-
щие сжатие, классифицируются, кроме того, по устойчивости формы.
Для сжатых элементов, составленных из отдельных ветвей, производится
также расчет на прочность и устойчивость соединительных решеток или
планок. Оценка несущей способности решеток или планок осуществляет-
ся методами, аналогичными тем, которые применяются при проектиро-
вании новых мостов.
200
Грузоподъемность элементов главных ферм определяется с исполь-
зованием плоских расчетных схем. Разгружающее влияние проезжей
части и связей при этом разрешается не учитывать.
Допускаемые нагрузки. Для всех элементов главных ферм пролет-
ных строений, расположенных на прямых участках пути, допускаемая
временная нагрузка определяется по формулам (5.3) — (5.6), соответ-
ствующим расчетному случаю воздействия на пролетное строение только
постоянных нагрузок и временной вертикальной нагрузки от подвиж-
ного состава. Если мост расположен на кривой, необходимо учитывать
воздействия центробежных сил и соответствующие расчеты по форму-
ле (5.7). Кроме того, несущая способность по прочности и устойчивости
Поясов главных ферм дополнительно оценивается расчетом на сочетание
указанных выше нагрузок с воздействием ветра и торможения поездов.
Воздействие тормозных нагрузок учитывают лишь при определении
грузоподъемности поясов, расположенных в уровне проезжей части.
Допускаемая временная нагрузка в этом случае определяется из выра- -
жения (5.8). Значения допускаемой нагрузки для указанных элементов
главных ферм в общем случае выражаются формулами:
при расчете на прочность
' mRF^~ ep%^Pnp-nvRv Sv
к =--------------------------------(5.32)
при расчете на устойчивость формы
m*RFGv * ер Пр	- % % Sv
к —----—---------------------
екпкЧ ПЛ(1 +W
(5.33)
Допускаемая временная нагрузка для всех элементов главных
ферм по выносливости всегда определяется без учета воздействия ветра
и торможения поезда и в соответствии с выражениями (5.4) и (5.7):
ту RF - е П Т,р
'в нт р р
к _ --------.-----------------
(5-34)
Некоторую особенность имеет оценка грузоподъемности по проч-
ности и устойчивости опорных раскосов или стоек, входящих в состав
портальных рам. Так, горизонтальная поперечная ветровая нагрузка вы-
зывает в указанных элементах не только дополнительные осевые уси-
лия Sv, но и изгибающие моменты Mv . В расчетах на прочность зто
обстоятельство может быть учтено в общей формуле (5.32) уменыпени-
201
ем расчетного сопротивления металла /? на величину av , определяе-
мую выражением
Sv Mv
°v = °?+	(—+ "77")’
нт	нт
где of, — напряжения соответственно от воздействия усилий S? и в расчет-
ном сечении опорного раскоса или стойки; W — момент сопротивления этого сече-
ния; с — 1,05 - коэффициент, учитывающий допустимость ограниченных пласти-
ческих деформаций в сжато-изогнутых элементах.
Таким образом, формула (5.32) приобретает вид:
- a ~)F	- е ПТ,рп
к -----------v.-------£------Р ,	(5.35)
п ек + 7 + Р
где 12- площадь линии влияния осевого усилия в раскосе или стойке.
Допускаемая нагрузка по устойчивости рассматриваемых элемен-
тов Лу определяется по формуле (5.33) при S2fc = S2p = £2 и знаке ми-
нус перед выражением усилия от постоянной нагрузки. Наименьшее
значение fcy определяют с учетом двух возможных значений <д одно
из которых соответствует продольному изгибу опорного раскоса или
стойки в плоскости главной фермы, другое — в плоскости портальной
рамы.
Для мостов на прямых участках пути в формулах (5.32) — (5.35)
коэффициент 5=0.
Усилия от ветровых воздействий Sv и определяются так же,
как и при проектировании пролетных строений железнодорожных
мостов.
Таким образом, для поясов и опорных раскосов (стоек) главных
ферм допускаемая нагрузка по прочности и устойчивости определяется
дважды — при двух возможных сочетаниях действующих на сооруже-
ние нагрузок. В первое сочетание входят постоянная нагрузка, времен-
ная вертикальная нагрузка от подвижного состава, а также горизонталь-
ная поперечная нагрузка от центробежных сил (в мостах, расположен-
ных на кривой). Все эти нагрузки вводятся в расчеты с коэффициентом
сочетания т? = 1. Во втором сочетании кроме указанных нагрузок учиты-
вается воздействие ветра и торможение поездов, при этом все временные
нагрузки уменьшаются введением понижающих коэффициентов сочета-
ния, равных г]к = 0,95, т?т = 0,80, riv = 0,5. При определении класса
элемента в формулу (5.1) подставляется меньшее из найденных зна-
чений к.
Расчетные площади поперечных сечений. При расчетах на прочность
элементов главных ферм, испытывающих воздействие осевых растяги-
202
вающих или сжимающих усилий (или тех и других в зависимости от по-
ложения нагрузки на мосту), в качестве геометрической характеристи-
ки G принимается площадь поперечного сечения нетто в наиболее
ослабленном сечении элемента F . Если отдельные части, входящие
в состав элемента, имеют наибольшее ослабление в.различных его сече-
ниях, то определяется также площадь нетто для совмещенного сечения
с учетом несущей способности заклепок (болтов, в том числе высоко-
прочных), соединяющих части элемента в пределах такого совмещения.
При проверке на выносливость элементы, ослабленные отверстиями под
заклепки, рассчитываются также по площади сечения F , а в случае
фрикционных соединений на высокопрочных болтах — по сечению брут-
то F . При определении грузоподъемности элементов, испытывающих
воздействие сжимающих усилий, расчет на устойчивость выполняется
с учетом геометрической характеристики G = F^-
Расчетная площадь сечения элемента по стыку или прикреплению
G= ZFoi ,
где Fo . — расчетная площадь сечения отдельной (/-й составной части стыка
прикрепления).
Исчерпание прочности стыка или прикрепления может быть вызва-
но как разрушением прикрепляемых частей, так и потерей несущей спо-
собности заклепок (болтов). Поэтому для каждой части в отдельности
определяется площадь ее сечения нетто FQ. ~ Fht{ , а также при-
веденная рабочая площадь заклепок (болтов) F"* = и^/д, где
п. — число заклепок (болтов), прикрепляющих i-ую часть; д -'Пара-
метр для расчета заклепки (болта). Меньшее из этих двух значений
принимается в качестве расчетной площади F^.
За расчетную площадь узловой фасонки на выкалывание или продав-
ливание (при примыкании соответственно растянутых или сжатых
элементов) принимается площадь сечения фасонки при минимальной
длине возможного ее разрушения, вызываемого усилием в присоеди-
ненном к фасонке элементе фермы. Площади участков по линиям раз-
рушения, расположенным под углом а к направлению оси примыкаю-
щего элемента, уменьшаются на коэффициент ^.значения которого
определяются по графику на рис. 5.7.
При классификации сжатых элементов главных ферм на устойчи-
вость одним из главных параметров, определяющих расчетные значения
коэффициента является их гибкость Хо- Для элементов сплошного
сечения (в обеих плоскостях)
\Г1О1Г>
ГДС ^0— свободная длина элемента; Г — радиус инерции сечения.
203
Рис. 5.7. Зависимость коэф-
фициента уменьшения рабо-
чей площади фасонок к
при их разрушении от у*
ла а.
Ф
Для составных элементов по приведенной формуле определяется
только гибкость в плоскости расположения сплошных листов. В случае
изгиба в плоскости, нормальной к указанной, гибкость составного эле-
мента увеличивается за счет повышенной деформативности элементов
сквозного заполнения (соединительной решетки, планок, перфориро-
ванных листов).
Особенности классификации двухпутных Пролетных строений.
Допускаемые временные нагрузки на элементы двухпутных пролетных
строений с двумя главными фермами рассчитываются по тем же форму-
лам, что и для однопутных. Если нет каких-либо ограничений по режиму
эксплуатации двухпутных мостов, расчет ведется на воздействие одно-
временно находящихся на обоих путях поездов с учетом определенных
коэффициентов сочетаний к нагрузке г]к- Для поезда, расположенного
на первом из путей, загружение которого является наиболее неблаго-
приятным для рассчитываемой фермы, коэффициент принимается
равным единице. Нагрузка от поезда на втором пути в этом случае вво-
дится в расчет с коэффициентом т]к = 1,0 при длине загружения Х^ 25 м
и Т1к = 0,9 при X > 25 м.
Доля временной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся
на одну рассчитываемую ферму,
ек=~ К+ (1 + ^)е2],	(5.36)
где сд — расстояние между осями путей на пролетном строении; 7?^ — коэффици-
ент к нагрузке на втором пути; — расстояние от оси второго пути до осн бли-
жайшей г лав1г ой фермы; В — расстояние между осями главных ферм.
Если на двухпутном пролетном строении не допускается одновре-
менное нахождение двух поездов, то при расчете элементов главных
ферм значение ек определяется по формуле (5.36) при т]к = 0.
Грузоподъемность продольных бадок проезжей части двухпутных
пролетных строений определяется так же, как и однопутных. Попереч-
ные балки рассчитываются из предположения передачи на них воздей-
ствий подвижной вертикальной нагрузки с обоих путей.
204
5.4.	Учет влияния повреждений элементов на их несущую
способность
При определении грузоподъемности Мостов должны учитываться
повреждения элементов, обнаруженные при обследовании. При расче-
тах на прочность и устойчивость принимаются фактические геометри-
ческие характеристики сечений с учетом ослабления их коррозией.
Одновременно с расчетом сечений, в которых действуют максимальные
усилия, необходимо классифицировать и другие опасные сечения эле-
ментов, наиболее ослабленные коррозией. Неравномерная по поверх-
ности элемента и его длине коррозия металла вызывает концентрацию
напряжений в отдельных локальных зонах и тем самым может снижать
несущую способность по выносливости. Исследования показали, что
коррозионные язвы снижают усталостную прочность металла при их глу-
бине, превышающей 0,4 мм. При язвах глубиной около 1,2 мм влияние
коррозии на усталостную прочность металла максимальное, при дальней-
шем увеличении глубины язв это влияние практически стабилизируется.
Грузоподъемность по выносливости элементов пролетных строений
с рассматриваемыми повреждениями рассчитывается по формулам для
определения к* (см. п. 5.1). Влияние коррозионных язв на величину
7в учитывается соответствующими эффективными коэффициентами
концентрации напряжений /3, значения которых при глубине язв от 0,4
до 1,2 мм и более изменяются примерно линейно от 1,0 до 2,2.
Несущая способность сжатых элементов может снижаться из-за их
искривления — уменьшается грузоподъемность по устойчивости, так как
при общем искривлении со стрелой f элемент начинает работать в усло-
виях внецентренного сжатия. Исследования показали: элементы с таки-
ми дефектами должны рассчитываться как внецентренно сжатые, если
f > 0,143р (для П-образных поперечных сечений) и f > 0,0025 1 0 (для
всех остальных типов поперечных сечений). Здесь р — ядровое расстоя-
ние по направлению, противоположному искривлению (эксцентриси-
тету), I — свободная длина элемента. В этих случаях коэффициент
уменьшения расчетного сопротивления при продольном изгибе опре-
деляется по графикам (см. рис. 5.1), как для элементов, имеющих наи-
больший эксцентриситет eQ = f.
Если в составном сжатом элементе стрела искривления отдельной
ветви превышает 0,004/ 0, то в рабочую площадь элемента включается
только площадь неискривленных ветвей. Сжатые элементы с местными
искривлениями листов или уголков со стрелой, превышающей р, рас-
считываются без учета искривленных частей сечения.
Уменьшение несущей способности составных сжатых стержней мо-
жет быть вызвано также искривлением элементов соединительной ре-
шетки или соединительных планок. При местных искривлениях сжатых
поясов изгибаемых балок со сплошной стенкой (в пределах панели свя-
зей) в формулу (5.18) вводится коэффициент (см. рис. 5.1) с уче-
205
Рис. 5.8. Деление балки
на зоны по степени опас-
ности повреждений
том внецентренного сжатия изогнутого пояса с наибольшим эксцентри-
ситетом eQ — f, где f — стрела искривления пояса на длине панели
связей.
Пробоины, вмятины и трещины должны учитываться при определе-
нии геометрических характеристик поперечных сечений элементов.
В расчетную площадь сечения, ослабленного пробоиной или вмятиной,
вводится неповрежденная часть металла, начало которой принимается
на расстоянии 3—5 мм от границы погнутых краев пробоины (вмятины).
При наличии трещин с засверленными концами рабочую Площадь счита-
ют от края отверстия. Если сжатый или растянутый элемент ослаблен
трещиной или пробоиной, выходящей на его край, то учитывается также
и эксцентричность передачи усилия на неповрежденную часть сечения.
При определении грузоподъемности изгибаемых балок пробоины,
вмятины и трещины учитываются в зависимости от места их расположе-
ния. Повреждения в эоне 1 (рис. 5.8) незначительно влияют на несу-
щую способность балки, и поэтому ими можно пренебречь. Если по-
вреждение расположено в зоне 2, -балку следует проклассифицировать
в ослабленном сечении по нормальным напряжениям от изгибающего
момента. В случае если балка повреждена в зоне 3, ослабленное сечение
проверяют на действие поперечной силы.
5.5.	Особенности определения грузоподъемности
усиленных элементов
Наиболее распространенным способом повышения несущей способ-
ности элементов, имеющих недостаточную грузоподъемность, является
развитие их поперечных сечений путем добавления к ’’старому” метал-
лу ’’нового”, прикрепляемого к усиляемому элементу, как правило,
высокопрочными болтами.
Если при этом усиляемый элемент перед прикреплением нового ме-
талла освобождается от действия собственного веса конструк-
ции, то новый металл после его соединения со старым включается на все
виды нагрузок: постоянных и временных. В этом случае несущую спо-
собность по прочности, выносливости и устойчивости усиленных элемен-
тов следует определять по указанным выше формулам, приняв геомет-
рическую характеристику элемента
G — G = G + т р G
у о но н’
206
где G — геометрическая характеристика усиленного элемента; Go — то же до уси-
ления; G - то же нового (добавляемого при усилении) металла; pQ - коэффи-
циент эффективности усиления, зависящий от степени податливости прикрепления
нового металла (при применении сварных и фрикционных соединений р0 — 1);
т- коэффициент условий работы.
При этом, поскольку механические характеристики металла усиле-
ния не ниже, чем у старого, в формулы для определения кп у в сле-
дует подставлять значения R, соответствующие металлу усиляемой кон-
струкции.
Однако в практике усиления такие приемы производства работ
ввиду их технологической сложности применяются крайне редко, и уве-
личение геометрических характеристик сечений слабых элементов произ-
водится, как правило, без освобождения конструкций от воз-
действия собственного веса. В этом случае добавляемый металл вклю-
чается в работу только на временную нагрузку. Постоянная же нагрузка
продолжает восприниматься только старым металлом. Так, при опреде-
лении несущей способности по прочности усиленного таким способом
элемента необходимо иметь в виду, что напряжения в старом ас и но-
вом он металле соответственно определяются по формулам
rsf sp	ZSt
и не должны превышать значений mR и niRH, где SS. — усилие в
элементе от действия всех учитываемых в расчете временных нагрузок;
S — то же от постоянных нагрузок; R и RH — расчетные сопротивле-
ния старого и нового металла.
Поскольку ас > о , то несущую способность усиленного элемента
продолжает лимитировать напряженное состояние старого металла.
Условие предельного состояния при этом имеет вид:
2S.'	S'
с., пред — +	= mR
G	G
У	О
или
LS*. + 7 S' = mRG ,	(5-37)
I ус р	у’
где Я - расчетное сопротивление металла усиляемого элемента; S(’ и S* - уси-
лия в элементе от предельных воздействий временных и постоянных нагрузок;
G
н
7ус ~ 1 + т Ро '	~ коэффициент.
G0
207
Отличие этого выражения от всех выше рассмотренных состоит
в том, что при определении допускаемой по прочности нагрузки
на элементы, усиленные указанным способом, в формулах для нахож-
дения кп геометрическую характеристику элемента G следует при-
нять равной Gy, а постоянную нагрузку рпр умножить на коэффи-
циент 7 .
Аналогично следует поступать и при определении грузоподъемности
усиленных элементов по выносливости. В самом общем случае
(расположение моста на кривой)
1
к =-----------------(тц RG - е т S2 Sp).	(5.38)
8 е. 0П.(1 + П	у Р 'ус Р
К К с
Некоторую особенность имеет оценка несущей способности усилен-
ных рассматриваемым способом элементов по устойчивости.
Если элемент работает только на сжатие или преимущественное сжа-
тие, то условию наступления предельного состояния соответствует выра-
жение (5.37), правую часть которого необходимо умножить на соответ-
ствующие значения коэффициента продольного изгиба
В случае, когда элемент, работая на знакопеременные усилия, испы-
тывает преимущественное растяжение, его предельное состояние по по-
тере устойчивости в зависимости от соотношения величин - и 12^,
а также К и R может определяться напряженным состоянием как
старого, так и нового металла.
Так, в самом общем случае по условиям работы
старого металла
Ч Sp
<n^RGy + 1ycepklplpn-nvvv Sv
— - - • -	- — 9
y’C eknkT,kiik(-l + ^c+ P
нового металла
e S.
о = —-— = m R ;
и, пред G	н
у
w у,Лн Gy - nv Tlv Sv
eJtWJtV1 +V Q
(5.40)
При определении класса элемента в расчет вводится меньшее из зна-
чений к „ или к
у, С	у, н
208
5.6. Использование ЭВМ при классификации
пролетных строений мостов
Изложенные выше расчеты грузоподъемности пролетных строений
железнодорожных мостов достаточно трудоемки и их целесообразно
автоматизировать. При этом используются принципы, общие для си-
стем автоматизированного проектирования (САПР). Специфика в дан-
ном случае состоит в широком многообразии конструктивных решений
пролетных строений мостов, эксплуатируемых на дорогах. С расчетной
точки зрения они могут существенно различаться способами задания
исходных данных, формой и методикой построения линий влияния, ме-
тодами определения геометрических характеристик сечений элементов,
способами учета тех или иных нагрузок и воздействий.
В этой связи целесообразно создать ряд специализированных про-
грамм расчета, каждая из которых ориентирована на определенный вид
конструкции: железобетонные балочные пролетные строения, металли-
ческие сплошностенчатые балочные пролетные строения, балки проез-
жей части, элементы главных ферм решетчатых пролетных строений
(разрезных и неразрезных).
Указанные специализированные программы объединяются в про-
граммно-методический комплекс (ПМК) расчетов грузоподъемности
пролетных строений. ПМК представляет собой взаимосвязанную сово-
купность программного, информационного и методического обеспече-
ний, необходимую для получения полной оценки грузоподъемности
элементов пролетного строения и принятия на этой основе решения об
условиях его дальнейшей эксплуатации.
Программное обеспечение (ПО) представляет собой пакет про-
грамм, специализированных указанным выше образом (по типам про-
летных строений). Отдельные программы комплекса относительно
независимы, но может быть организован их вызов из общей программы-
оболочки. На рис. 5.9 представлена укрупненная схема комплекса
с раскрытием схемы алгоритма одной из программ. Работа с комплек-
сом начинается с вызова из оболочки программы расчета пролетного
строения интересующего типа. После чего производится ввод исходных
данных, расчет, вывод результатов и выход из программы обратно в
оболочку комплекса.
Информационное обеспечение (ИО) есть совокупность данных,
многократно используемых в расчетах и. располагаемых на внешних
носителях ЭВМ в виде базы данных. При расчетах грузоподъемности
база данных содержит необходимую справочную информацию из соот-
ветствующих руководств, которая может использоваться разными
программами ПМК, а также данные о конструктивных параметрах
различных пролетных строений и др.
Методическое обеспечение (МО) — это совокупность методик
расчета, в основе которых лежит вычисление допускаемой на элемент
конструкции временной нагрузки.
209
Рис. 5.9. Укрупненная схема программно-методического комплекса оценки грузо-
подъемности пролетных строений
Основные принципы и алгоритм расчета грузоподъемности при по-
мощи ЭВМ рассмотрим на примере оценки грузоподъемности элементов
главных ферм решетчатого пролетного строения с использованием об-
щей формулы (5.8).
Исходными данными задачи являются: значения коэффициентов
е и е^, отражающих соответственно долю постоянной и временной
Нагрузок, приходящихся на одну ферму; значения постоянных нагру-
зок pj; тип фермы и ее топология; параметры поперечных сечений
заданных элементов фермы; марка стали, из которой изготовлено про-
летное строение; расчетные сочетания нагрузок и воздействий.
Топология (структурная схема) фермы задается с целью определе-
210
ния параметров линий влияния усилий в ее элементах. Задание может
осуществляться различными способами. Во-первых, можно предложить
пользователю на выбор из библиотеки, содержащейся в базе данных,
одну из типовых схем решетки разрезной фермы (треугольную, раскос-
ную, крестовую, ромбическую и т. д.). В этом случае пользователь,
выбрав тип фермы, задает только основные ее размеры. Другой вариант
предусматривает какую-то нетиповую решетку. Тогда задают структуру
конструкции (число узлов, число стержней, принадлежность стержней
узлам) и координаты ее узлов.
При задании параметров поперечных сечений элементов фермы
также используется библиотека типовых поперечных сечений, основные
из которых показаны на рис. 5.10. Пользователю предлагается выбрать
из каталога по каждому задаваемому элементу соответствующий тип и
установить его размеры.
Типовые сечения элементов состоят из прямоугольных деталей,
для каждой из которых задают ее размеры по горизонтали и вертикали
и расстояния от центра тяжести детали до осей xf и у,. Уголки услов-
но представляют в виде двух прямоугольных деталей, задавая при
этом расстояния от центра тяжести уголка до указанных осей. Факти-
ческое сечение, отличающееся от типового, может быть получено на базе
наиболее близкого типового назначением размеров отсутствующих дета-
Рис. 5,10. Каталог обобщенных поперечных сечений элементов решетчатых глав-
ных ферм металлических пролетных строений
211
лей равными нулю либо за счет ввода дополнительных деталей. На
рис. 5.11 дана для примера схема алгоритма ввода параметров попереч-
ных сечений элементов фермы.
При задании исходных данных на современных персональных компь-
ютерах обеспечивается максимальное удобство для пользователя: си-
стема меню, подсказки, ввод в режиме редактирования таблиц, визуали-
зация данных, контроль правильности, запись исходных данных во внеш-
йюю память машины и др.
Расчет начинается с того, что с учетом полученной информации
прежде всего из базы данных вызываются данные о механических харак-
теристиках стали, значения коэффициентов надежности (п^, п , nv),
сочетания г?у ), условий работы элементов (т).
Далее на основе исходных данных о составе поперечных сечений
заданных элементов фермы вычисляются геометрические характеристи-
Для каждого элемента
Рис. 5.11. Схема алгоритма ввода исходных данных о поперечных сечениях элемен-
тов фермы
212
Рис. 5.12. Укрупненная
схема алгоритма вычисле-
ния параметров линий
влияния при задании ре-
шетки фермы ю типового
набора
ки сечений G. Расчет геометрических характеристик производится по
известным формулам сопротивления материалов. Для элементов глав-
ных ферм, работающих на растяжение, вычисляют площади поперечных
сечений брутто и нетто, для работающих на сжатие и знакопеременные
усилия дополнительно определяют моменты инерции, радиусы инерции
и гибкости элементов. Эти данные служат для вычисления коэффици-
ентов продольного изгиба </> для сжатых элементов и коэффициен-
тов 7 понижения расчетного сопротивления металла в расчетах на вы-
носливость.
На следующем этапе с учетом заданного сочетания нагрузок вычис-
ляются усилия от ветровой нагрузки Sv и оценивается влияние на
грузоподъемность элементов горизонтальных временных нагрузок от
центробежных сил (в мостах на кривых) и торможения поезда, выра-
жаемое через коэффициенты £с и ijr, которые определяются по фор-
мулам (5.9), (5.10).
Наиболее сложную задачу, особенно в случае произвольно задавае-
мой решетки фермы, представляет определение характеристик линий
влияния усилий в элементах пролетного строения S2 , J2fc, L*. Укруп-
ненная схема алгоритма вычисления при задании типа фермы из библио-
теки стандартных решеток представлена на рис. 5.12. В данном алгорит-
ме вначале производится анализ введенной информации. В соответствии
с ней из базы данных для заданного типа фермы выбираются характерис-
тики, на основе которых уже определяются параметры линий влияния
заданных элементов фермы.
В случае фермы с нетиповой решеткой задача осложняется тем, что
для нее отсутствуют характеристики, заранее заданные в базе данных.
Для этого нужно каждый раз заново строить линии влияния. Имеется
213
целый ряд программ, выполняющих эту. задачу для стержневых систем
(ММ-90, ЛИРА, STARB и др.) и предназначенных для персональных
компьютеров IBM PC.
На основе вычисленных силовых параметров и характеристик эле-
ментов фермы производится их классификация. При этом в соответ-
ствии с выражениями (5.1) и (5.2) вычисляют допускаемые на элемен-
ты конструкции временные нагрузки fc и их классы по грузоподъем-
ности К. По желанию пользователя полученные результаты расчета
могут быть выведены в различной форме: как сводные таблицы клас-
сов элементов или как подробные таблицы по всем видам расчетов.
Выше были описаны общие принципы применения ЭВМ для расче-
тов грузоподъемности металлических пролетных строений эксплуатируе-
мых мостов. В настоящее время СибГАПС (НИИЖТ) разработал исполь-
зуемый на железных дорогах для указанных целей программный комп-
лекс АРГО М.
5.7. Классификация подвижных нагрузок и оценка
возможности их пропуска по мосту
Класс Ко конкретного подвижного состава по его воздействию
на мосты определяется выражением (5.2). При вычислении эквивалент-
ной нагрузки kQ классифицируемый поезд, представляющий собой
в действительности систему сосредоточенных грузов, располагают на ли-
нии влияния рассматриваемого усилия таким образом, чтобы получить
наиболее невыгодное ее загружение. При соблюдении этого условия
значения к0 вычисляются по формуле:
° Ъ
где S = ZPy у. — наибольшее значение усилия в элементе конструкции от воз-
действия классифицируемого поезда; Р- — i-ый груз (нагрузка от 1-ой оси по-
езда на путь); у. — ордината линии влияния под грузом Р-;	— площадь ли-
нии влияния.
Аналогично определяются для той же линии влияния значения к ,
характеризующие воздействие эталонной нагрузки:
к =	(5.42)
Н
где ^тах - наибольшее усилие в элементе от эталонной нагрузки Н1.
При нахождении кн следует иметь в виду, что схема нагрузки Н1
включает как систему сосредоточенных грузов Ру, соответствующих
214
воздействию на путь двух локомотивов (общей длиной около 40 м),
так и распределенную единичную вагонную нагрузку неограниченной
длины.
В соответствии с выражениями (5.2), (5.41) и (5.42) класс подвиж-
ного состава можно подсчитать по формуле:
Smax(, + *V
/г =--------т-------
0 F (1 + Д )
max'
Поиск Smax, F * во многих случаях (например, при криволиней-
ном очертании линии влияния, при классификации поездов большой дли-
ны, сформированных из подвижного состава различных типов) представ-
ляет собой весьма трудоемкую вычислительную работу. Для ее автома-
тизации разработаны различные программы на базе современных ЭВМ.
Схема алгоритма такой наиболее общей программы приведена на
рис. 5.13.
Сначала устанавливаются значения параметров, характеризующих
подвижной состав и линии влияния. При описании модели поезда ука-
зываются типы экипажей и их последовательность, а для каждогб типа —
нагрузка на ось, длина по осям автосцепки, база вагона и база тележек.
Объем исходной информации о линиях влияния зависит от их вида.
Треугольная линия влияния описывается тремя параметрами — ее дли-
ной, положением вершины и максимальной ординатой. Линия влияния
произвольного вида аппроксимируется кусочно-линейной функцией,
поэтому количество характеризующих ее параметров зависит от числа
участков, в пределах каждого из которых функция может считаться ли-
нейной. Каждый участок в этом случае описывается координатами его
начала и конца, а также соответствующими значениями ординат линии
Влияния.
Получение конечного результата — класса нагрузки — базируется
на вычислении усилий •S'max и ^тах, экспериментальные значения ко-
торых находятся на основе ’’прокатывания” схемы рассматриваемого
подвижного состава по линии влияния в пределах от х0 до х^. Значе-
ния х0 и хк представляют собой абсциссы положения первого груза
поезда в начальный и конечный моменты загружения линии влияния.
Начало координат при этом располагается в начале длины линии влияния
со стороны ее загружения.
Практически рассматриваемая задача применительно к поиску 5т ах
решается следующим образом. Вычисляется значение S = Е Р{у .
при каком-либо начальном положении схемы поезда или ее части в пре-
делах длины линии влияния. Значение Sj запоминается, а система сил,
моделирующих поезд, передвигается в следующее положение с ша-
гом Дх. Вычисляется следующее значение S2, сравнивается с преды-
дущим и большее из них запоминается. Обычно схема поезда устанавли-
215
Начальная установка системы
грузов: определение
S,=^PLyt при к-х0
Загрумение
линий влия-
ния заданной
нагрузкой
Рис. 5.13. Схема алгоритма классификации подвижного состава по воздей-
ствию на мосты
216
Рис. 5.14. Графики классификации подвижного состава по воздействию
на мосты (при треугольной линии влияния) :
1 — поезд, состоящий из электровозов ВЛ 22 (двойная тяга) и четырехосных
вагонов; 2 — восьмносные вагоны
вается таким образом, что < S2 <S3 ... . Такой подход позволяет
через определенное количество шагов найти положение поезда, при
котором S. < S(. j, что позволяет предположить, что S{ _ , близко
к 5	. Точность определения Smax зависит °Т размера шага.
Т)писанные выше процедуры выполняются в блоках 3—8 схемы
алгоритма на рис- 5.13. Внутренняя структура блока 9 (поиск Fmax)
аналогична 3-8, поскольку здесь по существу решается та же задача
применительно только к другой (эталонной) нагрузке.
Поиск S и F может осуществляться и с помощью других
ГГ1 ах m ах	w
алгоритмов. Так, для определения указанных значении может использо-
ваться серия загружений, при которых каждая из осей в схеме поезда
устанавливается над каждой ординатой линии влияния.
Результаты классификации подвижного состава в зависимости от
параметров линии влияния представляют в виде таблиц или графиков
(рис. 5.14).
Возможность и условия пропуска различного подвижного состава
по металлическим мостам зависят в основном от несущей способности
пролетных строений и устанавливаются сравнением полученных расче-
том классов грузоподъемности каждого из его элементов с соответ-
ствующими классами подвижного состава. Если классы элементов про-
летного строения по прочности, устойчивости и выносливости К боль-
ше или равны соответствующим классам нагрузки К(), то такая нагруз-
217
Рис. 5.15. Характер зависи-
мости динамической до-
бавки от скорости движе-
ния поездов с электриче-
ской, тепловозной (а) и
паровой’ (б) тягами:
Pq — наибольшая динами-
ческая добавка; и 1
ка допускается к обращению по мосту. Если классы элементов пролет-
ного строения по прочности или устойчивости меньше соответствующих
классов нагрузки, то такую нагрузку пропускать по мосту нельзя
и необходимо предусмотреть мероприятия по усилению слабых элемен-
тов пролетного строения или заменить его новым.
До завершения работ по повышению грузоподъемности пролетного
строения временно может быть введено ограничение скорости движе-
ния рассматриваемой нагрузки по мосту, если при этом за счет умень-
шения динамического воздействия поезда можно добиться того, что
класс нагрузки не будет превышать класса по прочности и устойчивости
слабых элементов.
Динамическое воздействие на металлические мосты поездов с элек-
трической и тепловозной тягой уменьшается при скорости движения
меньше 60 км/ч (рис. 5.15, а). Для поездов с паровозной тягой мак-
симальное динамическое воздействие на мосты возникает при движе-
нии локомотива с так называемой критической скоростью v кр
(рис. 5.15,0), соответствующей совпадению частоты вращения его колес
с частотой собственных колебаний пролетного строения. Динамическая
добавка д0 в выражении (5.2), а следовательно, и класс нагрузки KQ
могут быть снижены, если устанавливаемая на мосту скорость движе-
ния v будет меньше критической.
При движении по мостам поездов с электрической и тепловозной
тягой со скоростью менее 60 км/ч, а с паровозной тягой со скоростью
меньшей критической динамический коэффициент определяется по фор-
мулам:
при электрической и тепловозной тяге
,	v
v 21
60 зо + х’
при паровозной тяге
1 + р’о = 1+н р0 =
21
1 +и--------.
3 0 + А.
218
Эти выражения отличаются от формул (5.13) и (5.14), по которым
определяются наибольшие расчетные значения 1 + р0, лишь наличием
при динамической добавке д0 в качестве сомножителя коэффициентов
L—.. и н., учитывающих понижение динамического воздействия на мос-
60
ты поездов при уменьшении скоростей их движения.
Таким образом, введением ограничения скорости класс нагрузки
[см. формулу (5.2) ] можно понизить до
1 + о
= '------------•
1+ '•'о
Допускаемая скорость движения по мосту v определяется из усло-
вия, что класс нагрузки при уменьшенном ее динамическом воздействии
на сооружение /С* не будет превышать класса грузоподъемности слабо-
го элемента К. Для поездов с электрической и тепловозной тягой такое
условие имеет вид:
1 + v /60 р0
Отсюда
60 к
v <----- [----(1 + д0) - 1] ,
Р0	°
где в соответствии с выражением (5.13)
Ро = 21/(30+ X).
Наибольшей допускаемой скорости г при известных K/KQ и X
соответствует знак равенства.
Аналогично определяется с помощью значений K/KQ и X значение
требуемого снижения динамической добавки от воздействия на пролет-
ное строение поезда, ведомого паровозом:
ко о
где в соответствии с выражением (5.14)
д0= 27/(30+ X).
Каждому значению и отвечает определенное отношение гЛ’кр
(рис. 5.16). Зная и, по графикам (см. рис. 5.16 и 5.17) находят в каж-
дом конкретном случае наибольшую допускаемую скорость движения.
Допускаемая скорость при любом виде тяги, как правило, не долж-
219
Рис. 5.16. Соотношение зна-
чений и и v/v
кр
на быть меньше 25 км/ч. В исключитель-
ных случаях для разового пропуска от-
дельных поездов (например, транспорте-
ров) скорость может быть снижена
до 5 км/ч.
Для облегчения расчетов в норма-
тивных документах, определяющих усло-
вия пропуска поездов по мостам, приво-
дятся построенные на основе указанных
выше формул специальные графики, с по-
мощью которых при введении ограниче-
ний скорости движения поездов по мос-
там находятся ее допускаемые значения.
Следует иметь в виду, что ограничение скорости движения поездов
на мосту из-за недостаточной прочности и устойчивости его элементов —
временная крайняя мера, при использовании которой необходимы
тщательный надзор за слабым сооружением, за соблюдением установ-
ленного режима движения и незамедлительное устранение помех для
нормальной эксплуатации.
Если класс элемента моста по выносливости меньше или равен
классу нагрузки, то для планирования и осуществления мероприятий,
исключающих усталостное повреждение, необходимо оценить ресурс
этого элемента по выносливости (см. гл. 7). При этом, учитывая особен-
ности выносливости металла как процесса постепенного накопления по-
вреждений при многократно повторяющейся нагрузке, в рассматривае-
мом случае нет необходимости запрещать эпизодический пропуск по
Рис. 5.17. Зависимость критической ско-
рости движения по мосту поездов v
с паровозами серий СО, Э, Е, ФД, Л ’t/г
длины пролетных строений I
Рис. 5.18. График для определения клас-
сов поездной нагрузки которую
должны безопасно пропускать мосты
II, III и ГУ категорий грузоподъем-
ности
220
мосту тяжелых нагрузок и вводить ограничение скорости движения
поездов.
Выше были рассмотрены основные положения определения воз-
можности и условий пропуска поездов по металлическим мостам в наи-
более характерном для таких сооружений случае, когда грузоподъем-
ность моста лимитируется несущей способностью пролетных строений.
При необходимости оценки грузоподъемности опор их несущая способ-
ность определяется, как правило, прямым поверочным расчетом на воз-
действие предполагаемого к пропуску по мосту подвижного состава.
На основании полученных расчетом данных о возможности и усло-
виях безопасного пропуска по искусственным сооружениям подвиж-
ного состава железных дорог (с учетом несущей способности как пролет-
ных строений, так и опор) все мосты по их грузоподъемности делятся
на пять категорий. Главным критерием отнесения того или иного моста
к определенной категории грузоподъемности является величина про-
пускаемой им нагрузки.
К категории I отнесены мосты, рассчитанные под нагрузку Н8 и
С14 и не имеющие дефектов и повреждений, снижающих их грузоподъ-
емность. НеСущая способность таких сооружений известна, их не клас-
сифицируют.
К категории II отнесены мосты, обеспечивающие обращение пер-
спективных поездов с нагрузкой вагонов на путь р до 105 кН/м при
нагрузке от оси локомотивов на рельсы Р до 270 кЙ, а также допуска-
ющие пропуск транспортеров грузоподъемностью до 300 т включительно
со скоростью v не менее 40 км/ч и большей грузоподъемности при
и > 25 км/ч,
К категории III отнесены мосты, обеспечивающие обращение совре-
менных наиболее тяжелых вагонов и локомотивов с характеристиками
воздействия на путь р <90 кН/м, Р < 270 кН, а также пропуск
транспортеров грузоподъемностью до ЗОЙ т включительно при v >
> 25 км/ч и большей грузоподъемности при v > 15 км/ч.
К категории IV отнесены мосты, обеспечивающие пропуск поездов,
воздействие которых на путь характеризуется величинами рв < 75 кН/м,
Рл < 260 кН, а также транспортеров грузоподъемностью до 300 т вклю-
чительно при и > 15 км/ч.
Все остальные мосты, не обеспечивающие пропуск указанных выше
нагрузок, отнесены к категории V. Отнесение моста к этой категории
свидетельствует о его низкой грузоподъемности, крайне недостаточной
для современных условий эксплуатации железных дорог.
Огибающие классов поездных нагрузок, соответствующих грузо-
подъемности мостов II—IV категорий, показаны на рис. 5.18. Сопостав-
ляя классы конкретных нагрузок с указанными на этом рисунке,можно
для каждого типа подвижного состава определить категории мостов, по
которым возможен их пропуск в различном режиме: без ограничений
или с определенными ограничениями скорости движения.
221
Глава 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ И ОПОР
6.1. Общие положения расчета
Оценку грузоподъемности железобетонных пролетных строений
и определение условий их эксплуатации производят согласно Руковод-
ству по определению грузоподъемности железобетонных пролетных
строений железнодорожных мостов, которое разработано применитель-
но к балочным однопутным разрезным железобетонным пролетным
строениям всех типов и норм проектирования под железную дорогу нор-
мальной колеи. Грузоподъемность железобетонных пролетных строе-
ний других систем (неразрезных, рамных, арочных) до разработки спе-
циальных указаний следует определять в соответствии с действующими
нормативными документами по проектированию мостов с учетом фак-
тического состояния сооружений.
При определении грузоподъемности пролетных строений и условий
их эксплуатации необходимо учитывать фактическую прочность бетона
и арматурной стали, из которых они изготовлены; наличие в них дефек-
тов и повреждений, появившихся в процессе эксплуатации, а также со-
стояние пути на мосту (толщину балластного слоя; положение оси пути
относительно оси пролетного строения). При значительном увеличении
толщины балластного слоя бортики становятся несущими элементами,
и их грузоподъемность устанавливается прямым расчетом на заданную
нагрузку по методике Гипротранспути.
Определение грузоподъемности железобетонных пролетных строе-
ний железнодорожных мостов методом классификации производится
по предельным состояниям первой группы на прочность и выносливость.
Для каждого элемента пролетного строения (плиты балластного корыта,
главных балок) определяют максимальную интенсивность к временной
вертикальной равномерно распределенной нагрузки, которая не вызыва-
ет наступление предельного состояния при нормальной эксплуатации
моста.
В расчетах балочных железобетонных пролетных строений прини-
мают только основное сочетание нагрузок: вертикальная нагрузка от
подвижного состава и собственный вес конструкции. Воздействие цент-
робежной силы на кривых учитывается только в расчете главных балок.
В качестве эталонной нагрузки кк принимают временную верти-
кальную нагрузку по схеме Н1. Учитывая, что динамическое воздейст-
вие подвижного состава на металлические и железобетонные мосты,
определяемое динамическим коэффициентом 1 + д0, различно (как и
222
их отношение к эталонной нагрузке), при определении класса нагру-
зок KQ и класса элемента К необходимо вводить коэффициент уни-
фикации ф:
фк
к =-------------- к =-----------э
Ан(1 + д)	кн (1 + д)
где	— эквивалентная нагрузка классифицируемого подвижного состава.
Для главных балок коэффициент, унифицирующий результаты
классификации главных балок металлических и железобетонных пролет-
ных строений,
21
1 +------
30 + I
ф =----------—,
27
1 +------
30 + I
где I — расчетный пролет балки.
Для плиты балластного корыта ф =1,0.
Аналогичный подход к назначению коэффициента унификации
целесообразно сохранять и при классификации других систем и опор.
Значения к и к определяют для одной и той же линии влияния.
Сравнение классов подвижного состава с классами элементов про-
летных строений позволяет судить о возможности и условиях пропуска
его по мостам.
При определении грузоподъемности пролетных строений в первую
очередь устанавливают возможность использования сведений о грузо-
подъемности типовых пролетных строений. Для этого сопоставляют
данные, полученные при обследовании пролетного строения, с данными
по типовым проектам. Сопоставление проводят по геометрическим ха-
рактеристикам пролетных строений, конструктивным особенностям,
виду водоотвода, году выпуска проекта и года изготовления. Если все
показатели совпадают с проектными, то для пролетных строений с не-
напрягаемой арматурой измеряют диаметр рабочей арматуры, вскрыв
в случае необходимости защитный слой бетона.
При совпадении указанных сведений, а также данных о смещении
оси пути и толщине балластного слоя на мосту грузоподъемность про-
летного строения может быть определена по данным о классах элементов
соответствующего проекта пролетного строения. При отсутствии воз-
можности использования сведений о типовых пролетных строениях
грузоподъемность эксплуатируемых пролетных строений с ненапрягае-
мой арматурой определяют на основе расчета его элементов по опалу-
бочным и арматурным чертежам. Данный способ наиболее надежен и его
следует считать основным.
223
Для оценки грузоподъемности пролетных строений с ненапрягае-
мой арматурой при отсутствии достоверной информации об их армиро-
вании в Руководстве по определению грузоподъемности железобетон-
ных пролетных строений железнодорожных мостов предусмотрен при-
ближенный способ, основанный на сопоставлении расчетных норм, по
которым проектировали пролетное строение, с современными нормами.
При оценке грузоподъемности плиты балластного корыта и главных
балок должно быть учтено влияние дефектов и повреждений, выявлен-
ных при обследовании пролетного строения. Определение грузоподъем-
ности пролетного строения включает расчеты в сечениях плиты балласт-
ного корыта и главных балок.
6.2. Определение грузоподъемности пролетных строений
с использованием опалубочных и арматурных чертежей
Определение грузоподъемности пролетных строений по опалубоч-
ным и арматурным чертежам основано на расчете плиты балластного ко-
рыта и главных балок в расчетных сечениях.
Расчет плиты балластного корыта на прочность. Плиту балластного
корыта рассчитывают по балочной схеме в направлении поперек оси
моста. Расчетными сечениями являются: для консольной части плиты
балластного корыта — сечения в местах заделки плиты; для монолит-
ного участка плиты балластного корыта между соседними ребрами —
сечения в местах заделки и середине пролета (рис. 6.1, а). Кроме того,
проверяют сечения, где имеются отгибы или обрывы стержней рабочей
арматуры, меняются геометрические размеры или имеются дефекты,
влияющие на грузоподъемность.
Для пролетного строения из двух или более блоков расчетной схе-
мой плиты является защемленная консоль (рис. 6.1, б).
Вертикальную нагрузку от подвижного состава принимают равно-
мерно распределенной поперек оси моста на длине I0, определяемой из
условия распределения давления в балласте под углом 45°:
I 0 = В+ Д’ + Д",
где Д'. Д" - длины распределения поездной нагрузки на внешних консолях.
Для балки 1
Д = Д' = 0,5 (ls - В) + е + h'b ;	<6J
для балки 2
Д= Д" =0,5(/s-B) -е+ h'b .
(6-2)
224
Рис. 6.1. Схемы для расчета плиты балластного корыта пролетного строения
с монолитной плитой (а) и двухблочного с внутренними консолями (б):
1 — балка № 1; 2 — ось пути; 3 — балка № 2; 4 — расчетная схема консоли
Если Д' > l'b или Д" > 1ь,то соответственно принимают Д’= /л; А-
= Г'.
Of
Геометрические размеры В, I*, hb, h'b, l'h, l£ даны на рис. 6.1;
е — смещение оси пути относительно оси пролетного строения в рассчи-
тываемом месте плиты. При выполнении условий Д’ < 1Ь и Д <
< l'b формула для /0 приобретает вид:
l0=ls+h'b +h"b-
(6.3)
Неравномерность распределения давления на плиту балластного
корыта от поездных нагрузок поперек оси моста учитывают с помощью
коэффициентов и	вводимых в расчеты плиты по изгибающему
моменту и поперечной силе.
Допускаемую временную нагрузку к при расчете на прочность по
изгибающему моменту определяют:
для сечения внешней консоли плиты, расположенного на расстоя-
нии z от наружной грани ребра (см. рис. 6.1, а),
2/0(Л/-Л/р)
Л =---------------2
Т?ЛГИЛЙ(Д- г)
для монолитного участка плиты между соседними ребрами
Г] п, Ы
Мкр
Н 1як. 1188
225
для сечения внутренней консоли плиты, расположенного на расстоя-
нии z от внутренней грани ребра (см. рис. 6.1,6),
21 о (М-м )
к = --------;-----------,
%пкЬ(1к ~ Z>>
где М, М , ЛГ - предельные изгибающие моменты в расчетных сечениях; М -
изгибающий момент от постоянной нагрузки; 7?^ - коэффициент, учитывающий
неравномерное распределение давления на плиту; пк — коэффициент надежности
для временной нагрузки (и^ = 1,15); Ь - расчетная ширина плиты, равная 1 м;
Д — длина распределения временной нагрузки на внешних консолях, определяемая
по формулам (6.1) - (6.3).
Допускаемую временную нагрузку при расчете на прочность по по-
перечной силе определяют по следующим формулам:
для сечения внешней консоли плиты, расположенного на расстоя-
нии z от наружной грани ребра,
е )
fc = ------------;
riQnkb{L~ z)
для сечения II—II внутренней консоли и монолитного участка
плиты между соседними ребрами
2/0(е - ер)
к = -------—----,
где Q и Q - соответственно предельная поперечная сила и поперечная сила от
постоянной нагрузки.

Предельные внутренние усилия М и Q, которые способно воспри-
нимать сечение, определяют из расчета на прочность прямоугольного из-
гибаемого железобетонного элемента с ненапрягаемой арматурой по
нормальным и наклонным сечениям.
Предельная поперечная сила определяется в запас при наименьшем
отношении рабочей высоты сечения h Q к длине проекции невыгодней-
шего наклонного сечения h 0/с = 0,5.
Тогда, предельная поперечная сила
Q= 0,7 5Rbtbh0,
где Расчетное сопротивление бетона растяжению.
226
М );
Р7
Расчет плиты балластного корыта на выносливость. Допускаемую
временную нагрузку определяют:
а)	для сечения внешней консоли плиты, расположенного на расстоя-
нии z от наружной грани ребра:
по выносливости бетона
о	of red
к =-------------- (-------------- _ м).
От]мЬ(А- z)	х	Р
по выносливости арматуры
2/о , RSf hed
к =--------------- (--------
0г/мЬ(Л-г)2 n(h0-x)
б)	для сечения внутренней консоли плиты, расположенного на рас-
стоянии z от внутренней грани ребра:
по выносливости бетона
2/„	Rltl ,
О	bf red
к = п------'-----;------------- М );
х р
по выносливости арматуры
2Z0	Rsf 'red
k=---------------(_---------
вг>мь«к ~2)	"(h0-x>
в)	для монолитного участка плиты между соседними ребрами:
по выносливости бетона
A R I, ,
bf red
О Ы2
М и р
~Mp)-
по выносливости арматуры
8Zo	ARsfrred
------—— (---------- -м
вг>МЬ1р	«(й0-х)	Р
н*
227
где 6 - коэффициент уменьшения динамического воздействия временной нагруз-
ки для расчета плиты балластного корыта;	Л расчетные сопротивления
бетона и растянутой арматуры при расчете элементов на выносливость; — мо-
мент инерции приведенного сечения; п — коэффициент, равный отношению моду-
лей упругости арматуры и бетона; х — высота сжатой зоны; М - изгибающий
момент от постоянных нагрузок; А — коэффициент, принимаемый равным 2 для
сечения I-I и 1,25 для сечения II—II.
Высота сжатой зоны
«Х + л)	2«'(лхйо + у1;«;
Х' ------------ +	------------)2 + ----------—,
h	b	b
где Л и As - площади сечений соответственно растянутой и сжатой арматуры;
as ~ расстояние от центра тяжести сжатой арматуры до грани сечения.
Расчет главной балки на прочность. За расчетную схему главной
балки принимают свободно опертую балку с расчетным пролетом I,
равным расстоянию между центрами опорных частей. При их отсутствии
или в случае применения плоских опорных частей
,	2
I = I + -у- Ь,
Z
где I — расстояние в свету между передними гранями площадок опирания пролет-
ного строения на опоры; b - длина площадки опирания пролетного строения на
подферменнике опоры.
Расчет главных балок ведут для нормального сечения в середине
пролета и наклонных сечений на приопорных участках. Кроме того,
проверяют сечения, где имеются отгибы или обрывы стержней рабочей
арматуры, меняются геометрические размеры или имеются дефекты,
влияющие на грузоподъемность.
Расчет главных балок проводят для пролетных строений с напрягае-
мой и не напрягаемой арматурой. При этом считают, что главные балки
пролетных строений с напрягаемой арматурой не имеют дефектов (тре-
щин в нижних поясах, наклонных трещин в вертикальных стенках,
трещин, отделяющих плиту от стенки), имеют достаточную грузоподъем-
ность и их расчет допускается не производить. Этот вывод сделан на
основе обследований и испытаний пролетных строений с напрягаемой
арматурой, проведенных НИИ мостов, ЛИИЖТом и МИИТом.
Допускаемую временную нагрузку к по прочности определяют по
формулам:
для нормального сечения
м - м
к =----------
пкем^
228
для наклонного сечения
G- Qp
к =---------
nkeQ Пк
где М, Q - предельные изгибающий момент и поперечная сила в рассматривае-
мых сечениях; М?, Q — изгибающий момент ипсперечная сила от постоянных
нагрузок в рассматриваемых сечениях; - коэффициент надежности для вре-
менной нагрузки, = 1,15); ем, - доли временной нагрузки, приходя-
щиеся на одну балку; £2,	- площади линии влияния изгибающего момента и
поперечной силы в рассматриваемых сечениях.
Предельные значения М и Q, которые может воспринимать глав-
ная балка пролетного строения, определяют из расчета на прочность по
нормальным и наклонным сечениям изгибаемого элемента.
Предельный изгибающий момент в расчетном сечении главной бал-
ки при х > hf
M = Rbbx(hQ- 0,5х)+ Rh(bf- b)hf(hQ- 0,5hf) +
+ RscAs
высота сжатой зоны бетона (рис- 6.2)
~ RscA's ~Rb^rb}hf
(6-4)
где Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию; Zy—расчетная ширина плиты;
к 0 ~ к — ag~ рабочая высота сечения (здесь к — высота сечения; а$ — расстояние
от центра тяжести растянутой продольной арматуры до ближайшей грани сечения);
Rsc ~ Расчетные сопротивления соответственно растянутой и сжатой арматуры.
Рис. 6.2, Схема расчетного сечения глав-
ной балки пролетного строения
229
При х < Лу изгибающий момент
М = R, bx (h - О,5х) + R A' (И - а' );
D	U	U »
высота сжатой зоны бетона
r А - R а'
S S SC S
х = -----------------— .
R, h
ь
В расчетное сечение главной балки следует включать плиту балласт-
ного корыта, находящуюся частично или полностью в сжатой зоне. Учи-
тываемая в расчете длина консоли плиты (таврового, двутаврового и
подобного им сечения главной балки) не должна превышать 6hf, считая
от начала свеса (см. рис. 6.2). Начало свеса принимают от ребра балки
или от конца вута, если он имеет уклон 1:3 и более. Со стороны сосед-
ней балки длина консоли, вводимая в расчет, не должна превышать
I р/2, где I р — расстояние между внутренними гранями ребер.
При определении Мр и Qp постоянные нагрузки от веса балласта
с частями пути и веса пролетного строения, приходящиеся на одну бал-
ку, принимают равномерно распределенными по длине пролета, если
действительная нагрузка на отдельных участках отклоняется от сред-
него значения не более чем на 10 %.
Тогда
М — (пр + п р
Р УР1Р р в
Q = (п р + п р,) £2 ,
Р Р Р Р ь Р
где Рр и рь — постоянные нагрузки соответственно от веса балласта с частями
пути и от веса пролетного строения; пр и пр — коэффициенты надежности по на-
грузке соответственно от веса балласта с частями пути и от веса пролетного
строения.
Предельную поперечную силу Q принимают как минимальную из
значений (рис. 6.3):
пб сжатому бетону между наклонными трещинами
Q = 0,3*w<pbRb bh0;
230
по наклонной трещине в наиболее опасном наклонном сечении
0,8 А’ А с
s SW	„
Q = №RS S sin а + -------------+ Qb;
= 1 + 5Е ц/Е
и>	s Ь
но не более 1,3,
М = AswKbs>>’
где	— 0,01/?^, R^ - расчетное сопротивление бетона сжатию, МПа; R$ -
расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры; ^Asf ~ сумма площадей се-
чений отогнутых стержней, пересекаемых расчетным сечением; Я - угол наклона
отогнутых стержней к продольной оси; Л - площадь сечения всех ветвей хому-
тов в поперечном сечении главной балки; с - длина проекции наклонного сечения
на продольную ось элемента; s - шаг хомутов; Е$, Е^ — модули упругости
арматуры и бетона.
Поперечное усилие, воспринимаемое бетоном.
Qb
с
где Rbt — расчетное сопротивление бетона растяжению; b, h® — толщина ребра и
рабочая высота поперечного сечения, пересекающего центр сжатой зоны наклон-
ного сечения.
Рис. б.З. Схема для расчета на попереч-
ную силу наклонных сечений
231
Длину проекции с наиболее опасного наклонного сечения на про
дольную ось элемента определяют по формуле:
2,5ЬЙ20^ь/
С =
но не более 2Л 0-
При резком изменении толщины стенки, кроме указанного (сече-
ние 7), должны быть проверены еще два наклонных сечения: заканчи-
вающееся у места изменения толщины стенки (сечение 2) и начинающее-
ся от него (сечение J) (см. рис. 6.3).
Расчет главной балки на выносливость. Допускаемые временные
нагрузки для расчетного сечения главной балки, расположенного на рас-
стоянии а от ближайшей опоры, определяют:
по выносливости бетона
по выносливости арматуры
1
.—77 (—Г:----7~:
в емП п (h - х' - аи)
где аи — расстояние от нижней растянутой грани до оси арматуры первого ряда.
6.3. Определение грузоподъемности пролетных строений
на основе сопоставления расчетных норм
Определение грузоподъемности пролетных строений основано на
расчете плиты балластного корыта и главных балок в расчетных сече-
ниях путем сопоставления расчетных норм, по которым проектирова-
лось сооружение, и действующих нормативных документов.
Данный способ применяют при наличии: сведений о расчетной вре-
менной нагрузке и нормах или технических указаниях, по которым было
запроектировано пролетное строение; сведений об арматурной стали;
данных о фактической прочности бетона.
При отсутствии сведений о нормах на проектирование принимают,
что пролетное строение запроектировано по действовавшим в год изго-
товления (постройки) сооружения техническим условиям.
Расчет плиты балластного корыта. Допускаемую временную нагруз-
ку по прочности определяют по формулам:
232
для сечения внешней консоли плиты, расположенного на расстоя-
нии z от наружной грани ребра
°>95Zo г	-
к =-----------------[0[ЛК (1 4-^)6 (0,57,+ hb -0,5В)2 +
Т]мпкь^~г'>2
+ Pjk + К 9 -2^];
для монолитного участка плиты между соседними ребрами
0.95J
к =-------f? UA-J1+ Pjfe+Pj ~npPp-npPh]’
пк °
где А - коэффициент, принимаемый равным 8,75 при расчетах в системе СИ и
0,875 - при расчетах в технической системе; — класс временной нагрузки,
на которую рассчитывали пролетное строение, в единицах эталонной нагрузки;
1 +	— динамический коэффициент по нормам, по которым рассчитьшали про-
летное строение; I s — длина шпалы, принятая при проектировании; — тол-
щина слоя балласта под шпалами, принятая, при проектирований пролетного строе-
ния (при отсутствии данных принимают — 0,35 м);	- нагрузка от веса
плиты и балласта с частями пути, принятая при проектировании пролетного строе-
ния, кН/м (тс/м);	— нагрузка от веса перил, принятая при проектировании
пролетного строения, кН (тс).
Коэффициент
где Rs - расчетное сопротивление растянутой арматуры; - допускаемое на-
пряжение для растянутой арматуры по нормам, по которым проектировали пролет-
ное строение; / - относительное изменение площади сечения арматуры.
Расчет главной балки- Допускаемая временная нагрузка по прочно-
сти для расчетного сечения главной балки
0,85 ки
к=Г7~ [Р~	+ P^^Pt-^Pp-^pP^’
К ем
где - доля временной нагрузки, приходящаяся на балку; к^ - нормативная
эквивалентная нагрузка от эталонного поезда по схеме Н1 для линии влияния
изгибающего момента в рассматриваемом сечении; т — число балок; pj—интен-
сивность постоянной нагрузки на балку, принятая при проектировании пролетного
строения.
233
6.4. Учет влияния повреждений на грузоподъемность
пролетных строений
В процессе эксплуатации пролетных строений в отдельных элемен-
тах развиваются повреждения в силу различных обстоятельств (см.
п. 2.5). Некоторые из них оказывают существенное влияние на грузо-
подъемность и долговечность пролетных строений в целом и прежде все-
го такие, как коррозия арматуры и потеря ее сцепления с бетоном, тре-
щины, раковины и сколы бетона, перекосы опорных частей и др. Все
повреждения и отклонения от проектного положения и размеров фикси-
руются при обследовании и должны быть учтены при оценке грузоподъ-
емности пролетного строения.
Ослабление арматуры коррозией и выключенными из работы стерж-
нями учитывается при расчете на прочность введением в расчетные фор-
мулы классификации фактической площади сечения стержней рабочей
арматуры (первый способ) или относительного изменения площади се-
чения арматуры j (второй способ), определенных при обследовании
пролетного строения.
Относительное изменение площади арматуры определяют как отно-
шение площади поперечного сечения продольной рабочей арматуры с
учетом ослабления ее коррозией и выключенными из работы стержнями
As{ к площади той же арматуры без учета ее ослабления As, т. е.
пп
А . nf — X f. — nf
si	Ja t i ‘a
A	nf
s	Ja
где n - число стержней рабочей арматуры в элементе; f - площадь сечения
одного стержня, не поврежденного коррозией; п , п ..- число стержней,
соответственно поврежденных коррозией и выключенных из работы; f.— площадь
ослабления сечения j-го стержня коррозией.
При наличии в пролетном строении участков с арматурой, потеряв-
шей сцепление с бетоном, расчет производят без их учета по максималь-
ному изгибающему моменту в пределах данного участка.
Влияние трещин в сжатой зоне главных балок учитывается на осно-
вании данных испытания пролетного строения. Фактическая высота сжа-
той зоны х . вводится_в расчет, если момент от испытательной нагруз-
ки М > 0,8М. Если М <0,8М, то
х
Ф
X. = -----------------,
ф 1.5 - 0,63М/М
где М - момент от испытательной нагрузки в рассчитываемом сечении; М — пре-
дельный изгибающий момент; 7 - высота сжатой зоны, определенная по эпюре
раскрытия трещин при испытании/
234
Сравнивая фактическое значение сжатой зоны Хф с расчетным х(,
определяют значение М. Если хф > хр то М при расчете на прочность
определяют по формуле (6.4).
Если Хф < Xj, то предельный изгибающий момент при расчете на
прочность с учетом влияния трещин определяют с заменой XiHa Хф.
Предельная временная нагрузка по выносливости бетона для рас-
четного сечения главной балки
м - м
р
ОемП
где М - предельный изгибающий момент.
Для прямоугольного сечения и таврового сечения при Хф <
. 1
М =	2 Rbf bfx4> <ho~ ~3	) ’
для таврового сечения при Хф > /у
,	1	ЛФ ч 1	^ф-"Г
М 2 RbfbfX$Sh о~ 3	----JTRbf Хф
2	Лф
х(6у- b)(ho- —hf - —
где в — коэффициент уменьшения динамического воздействия временной на-
грузки.
Изгибающий момент от постоянной нагрузки Мр определяют при
= п'Р = !'
Расчет сечений по выносливости арматуры с учетом трещин, заходя-
щих в сжатую зону, не производят.
Влияние наклонных трещин в главных балках учитывается расче-
том их класса по выносливости хомутов и отгибов, пересеченных трещи-
ной. Расчет ведут в сечении с наибольшим раскрытием трещины. При
испытании пролетного строения под нагрузкой определяют измене-
ние раскрытия трещины в месте пересечения ее хомутом или отги-
бом Дс, сдвиг кромок трещины , и поперечную силу от испытатель-
ной нагрузки в сечении у конца трещины в сжатой зоне.
235
Напряжения в хомуте или отгибе от испытательной нагрузки опреде
ляют по формуле:
о = aN+ ам;
Е
S
<jn = (A sin « + Д cos а) —— ;
с	Р
0,33 2Е d
s
ом = (Д coso + Д? sine)------—5,
с	2Х
где а - угол между направлением трещины и стержнем; Е - модуль упругости
арматуры, кгс/см ; d - диаметр стержня, см; ар~Условная длина арматурного
стержня, принимаемая равной 9d для арматуры периодического профиля и 13d-
для гладкой арматуры.
5
5 = 120/?d,
где I - момент инерции сечения стержня, см4; R - марка бетона, кгс/см2.
Предельная поперечная сила по выносливости арматурного стержня
в месте пересечения его трещиной определяется по формулам:
для пролетного строения с ненапрягаемой арматурой
% Q
где Q — поперечная сила от испытательной нагрузки в сечении у конца трещины
в сжатой зоне;
для пролетного строения с напрягаемой арматурой (без преднапря-
женных хомутов)
л, "г/	I
---- I-»,Wa’ + 4(— )’]}’-
Р---У
236
I red
гае A — —------------b - условная площадь; $ге(’< ^re(l~ статический момент
$rpd
полусечения н момент инерции приведенного сечения балки; b — толщина ребра;
О„А
О — . . Л—р----- _ предварительное напряжение в бетоне стенки на уровне ней-
х А .
тральной оси сечения; О, А? - предварительное напряжение в арматуре и пло-
щадь ее поперечного сечения; Areq _ приведенная площадь поперечного сечения
балки.
Допускаемая временная нагрузка по выносливости
g- gp
6 eQ Пк
где Q - поперечная сила от постоянных нагрузок при ~ пр~~ U е^-доля
времени ой нагрузк и;	- площадь лин ии влиян ия поперечн ой с илы.
Аналогично учитывают горизонтальные трещины, отделяющие пли-
ту от стенки — определяют класс пролетного строения по выносливости
хомутов, пересекающих трещину. Для расчета выбирают хомут, пере-
секающий трещину в месте наибольшего ее раскрытия. При проведении
испытаний определяют параметры Д и Д? как и при оценке влияния
наклонных трещин, а также определяют распределенную нагрузку на
плиту q и эквивалентную нагрузку от испытательного поезда к по дли-
не загружения, соответствующей загруженному участку линии влияния
поперечной силы для сечений у места измерения и при а — 0.
Допускаемая временная нагрузка по выносливости
Rsf£Q^k- A^tnp(Pp + ?Ь>
вев^к^е
где Rst — расчетное сопротивление арматуры; kip, kl^ - площади линии влияния
поперечной силы для сечения у места измерений, загружаемые соответственно
временной и постоянной нагрузками; Ь — толщина ребра в месте измерения пере-
мещения кромок трещины.
0, l6Esd
кХ~к
7 =---------
О
р о
где (3 - отношение эталонной эквивалентной нагрузки на плиту к эталонной на-
грузке при загружении площади линии влияния kip.
237
Учет поперечных трещин в бетоне пролетных строений с напрягаемой
арматурой производят также с проведением испытаний. Вначале опреде-
ляют предварительное напряжение в арматуре ор, действующее при
приложении к пролетному строению нагрузки, снижающей до  нуля
предварительное напряжение в нижней фибре бетона. В расчеты на вы-
носливость вводят ор = л«2 орр с коэффициентом условий работы
т2 = 0,8 при расчете на выносливость арматуры. Значение орр, уста-
навливаемое на основании результатов испытания пролетного строения,
при котором измеряют относительные деформации бетона в сечении
с трещиной и определяют высоту сжатой зоны, находят по формуле:
bh20 {(5 < 1)$3 - 5 (|- Л)3 + 3(1 О [5Х(£- -4“ ) + -£-1)
где — изгибающий момент в сечении с трещиной, для которого производились
измерения от постоянной и временной испытательной нагрузки; р — A /bh
(здесь А — площадь сечения рабочей арматуры; b - толщина ребра); 6 =
/у — Ь
—	—1—£---- (здесь Ьу - ширина плиты);
зоны бетона, полученная при испытании);
hf
—		 (здесь hf — толщина плиты); и
% f
гости арматуры и бетона.
% — ----- (здесь х — высота сжатой
*0
h — рабочая высота сечения; X —
Затем определяют относительную
предельном состоянии и £ :
по выносливости бетона
— Ер/Е^ - отношение модулей упру-
высоту сжатой зоны бетона в
2	°Р \	2
£2ь + 2(6Х+ HjP-	6Х2-2л1Р = 0;
по выносливости арматуры
„	Я f	27? f
pf р	pf р
Где ^hf Rpf Расчетные сопротивления бетона и напрягаемой арматуры при рас-
чете элементов на выносливость.
Коэффициенты асимметрии цикла напряжений для расчетов по вы-
носливости бетона и арматуры принимают соответственно р, = о 1 •
238
0,7Лр
, где Rp
расчетное сопротивление напрягаемой арматуры
при расчете на прочность.
Предельный изгибающий момент при расчете:
по выносливости бетона
, Rbfh<
М =-------
1,1,	8 X2
-5^ +
р =
8Х3	8Х2
+ — - —1;
по выносливости арматуры
и(1-5р)	6 Р 2 Р 2 Р
8Х3	8Х2
+	3	~	2 1-
Допускаемая временная нагрузка по выносливости
М - М
I
О е.г £1
м
где М — наименьший изгибающий момент из л/ и м": М — изгибающий момент
'	п	Р
от постоянной нагрузки при и — пр — 1; tl - коэффициент, определяемый по
приложению 4 Руководства по определению грузоподъемности железобетонных
пролетных строений железнодорожных мостов.
Учет раковин и сколов бетона при расчете балок на прочность по
изгибающему моменту сечения, в котором они обнаружены, сводится
к определению предельного момента AfQ, определяемого с учетом места
расположения (расстояния от растянутой рабочей арматуры до центра
тяжести ослабления бетона — а0) и площади ослабления поперечного
сечения раковиной или сколом в сжатой зоне, определяемой без учета
повреждения AQ.
Тогда,
RbAoao
где М - предельный изгибающий момент, определяемый при х — х®.
239
Высота сжатой зоны бетона:
при прямоугольном сечении
при тавровом сечении (при расположении нейтральной оси в преде-
лах ребра)
RsAs- RscA's~ Rb<bf~	RbAo
X°	Rhb
b
При расчете на выносливость положение нейтральной оси:
для прямоугольного сечения
"'<лх+лР-ло
v —	—  —— — 4-
1-п'^Аг	-ло)2	2и'(Л^о + Л/ -Ло<Ло-во)
+ V(-----5-----') +---------ъ-------------
для таврового сечения
n'(yls+ л')+ (b?- b^hj - Ао
+ч/[ п'^+ А*>+ ibf-byhf-A0]2
ь
2”'< ло Л о + л» * <bf- - 2Ло<Ло - %>
Момент инерции приведенного (к бетону) сечения, ослабленного
раковиной или сколом,
7о = Ло<ао-Ло~хо)2’
гДе ~ приведенный момент инерции, определяемый с заменой х' нах'.
240
Предельные изгибающие моменты по выносливости бетона
of о
М ------—
по выносливости арматуры
,	Л Jn
Sf О
М = ---------;---•
л'(й 0 - *0)
6.5.	Основные положения оценки грузоподъемности опор
Виды расчетов. Исходные данные, используемые в расчетах по оцен-
ке грузоподъемности мостовой опоры, как правило, получают в процес-
се проведения специального обследования опоры. В процессе обследова-
ния устанавливают следующие основные данные об опоре :
год постройки и время эксплуатации;
конструкция фундамента (по имеющейся документации или по
конструктивным аналогам, характерным для периода постройки и дан-
ного региона);
характерные геометрические размеры основных элементов опоры
(подферменника, тела опоры, ледореза, фундамента в пределах его ви-
димой части);
взаимное положение характерных частей опоры, опорных частей
и пролетных строений, позволяющее установить наличие кренов, смеще-
ний и просадок опоры;
характеристики пролетных строений, примыкающих к опоре;
физико-механические характеристики грунта основания (устанав-
ливаются либо специальными полевыми испытаниями, либо лаборатор-
ными испытаниями специально отобранных проб); при отсутствии
таких данных несущую способность грунта основания допускается опре-
делять по нормам СНиП 2.05.03—84 ’’Мосты и трубы”;
физико-механические свойства материалов опоры и фундамента
(устанавливаются либо неразрушающими способами — для сборно-
монолитных железобетонных опор, либо путем отбора и испытания
образцов — для массивных бетонных и бутобетонных опор);
данные систематических наблюдений за режимами работы водо-
тока (характерные уровни высокого и низкого ледоходов, местный
и общий размыв в зоне опоры);
данные, характеризующие физическое состояние опоры на момент
обследования (характерные дефекты и повреждения, их размеры и рас-
241
положение на элементах опоры и т. п.), позволяющие оценить категорию
неисправности конструкции.
При оценке грузоподъемности опоры методом перерасчета выпол-
няют следующие проверки:
а)	прочности грунтового основания;
б)	прочности кладки опоры (тела опоры в характерных попереч-
ных сечениях и в уровне обреза фундамента);
в)	положения равнодействующей активных сил относительно ядра
сечения опоры (условный расчет на трещиностойкость);
г)	устойчивости от опрокидывания;
д)	устойчивости опоры (устоя) от сдвига.
Нагрузки и их сочетания. Схемы действия нагрузок на опору зави-
сят от ее конструктивных особенностей. При этом расчетные схемы кон-
цевой опоры (устоя) и промежуточной опоры (быка) существенно
отличаются.
При оценке грузоподъемности устоя расчет ведется только в одном
направлении — вдоль оси моста. Горизонтальные нагрузки (рис. 6.4),
передаваемые на устой через опорные части (тормозные и ветровые,
действующие в пределах примыкающего пролетного строения), в зависи-
мости от их конструкции учитывают с коэффициентом а. При этом при-
нимают: а = 1,0 — для неподвижной опорной части; а = 0,25 — для ис-
правной подвижной опорной части; а = 0,40 — для неисправной катко-
вой опорной части; а — 0,50 — для неисправной тангенциальной опор-
ной части.
Постоянные нагрузки от собственного веса элементов опоры (Ср
G и т. д.) определяют после разбиения конструкции на простейшие
объемные элементы. Вес отдельного элемента опоры следует определять
с учетом объемного веса материала, из которого он изготовлен. Как пра-
вило, подферменники изготовлялись из железобетона (7 = 2,5 т/м3),
тело опоры выше обреза фундамента — из бетона (7 = 2,4 т/м3), а фун-
даменты ниже обреза — из бутобетона (7 = 2,3 — 2,4 т/м3).
Постоянная горизонтальная нагрузка от собственного веса грунта
насыпи F учитывается как равнодействующая горизонтального давле-
ния грунта насыпи на заднюю стенку устоя. Эпюра горизонтального
давления принимается в виде треугольника в пределах высоты насыпи.
Максимальные значения давления в уровне обреза фундамента:
<Рп
р = 7 h tg2 (45 — —=— ),
'max 'ср н ° v	2
где - нормативный угол внутреннего трения.
Постоянные нагрузки от веса грунта обратной засыпки, действую-
щие на обрез фундамента и на горизонтальные площадки элементов уши-
рения фундамента, определяют с учетом взвешивающего влияния воды,
если таковое имеется.
242
ШППШБШПШШПП1П] *
пп
L ,
a=z
Рис. 6.4. Схемы загружения устоя при различных сочетаниях нагрузок:
I — IV — номера сочетаний нагрузок; / — расчетный пролет балки; I — длина
устоя; I по — длина призмы обрушения; к — интенсивность временной вертикаль-
ной нагрузки; t — тормозная горизонтальная равнораспределенная нагрузка; —
эксцентриситет опорной реакции относительно горизонтальной оси, проходящей
через центр тяжести подошвы условного фундамента (ПФ) или сечения тела опоры
в уровне обреза фундамента (ОФ)
Временные вертикальные нагрузки учитываются в виде равнораспре-
деленных нагрузок, действующих: в пределах длины пролетного строе-
ния — к (определяются для X — I и а = О);в пределах длины
устоя — k (определяются для А = I ; а = 0); в пределах длины приз-
мы обрушения — к^ (определяются для X = I п о — 0,5ft н и а = 0).
При этом на устой будут действовать вертикальные силы от временной
нагрузки:
N, — 0,5k, I — опорная реакция со стороны пролетного строения,
загруженного нагрузкой к ;
N^cr = к I - равнодействующая временной вертикальной нагруз-
ки, находящейся в пределах длины устоя.
Со стороны призмы обрушения вертикальное давление на устой не
учитывается. Считается, что вертикальная временная нагрузка кп о
будет оказывать на заднюю стенку устоя только горизонтальное давле-
ние, которое определяет величины F^ и -F^ — равнодействующие
243
эпюр горизонтального давления, передаваемого через грунт призмы
обрушения:
*п.о\^(45--г);
FkII= кп.о-~-	tg2 (45 —
где й = Ь — 2,7; b - ширина устоя, м.
Расстояния от равнодействующих F^1 и F’1 до уровня обреза фун-
дамента соответственно
*н	V Ан- "1>
пне «j, ?,	- коэффициенты, значения которых принимаются по приложе-
нию 8 СНиП 2.05.03'84.
Горизонтальные тормозные нагрузки учитывают в пределах длины
пролетного строения и устоя в виде равнораспределенных горизонталь-
ных нагрузок, равйых 10 % от соответствующих вертикальных:
t = 0,1k и t = 0,1А .
1	1 у у
Равнодействующие этих нагрузок приложены в уровне опорной час-
ти устоя и в уровне верхней горизонтальной грани устоя (Т?).
Направление усилий Т и Т принимается в сторону пролетного строе-
ния, т. е. совпадающим с направлением сил F& F^ и F^ , что дает
невыгоднейшее нагружение.
Промежуточные опоры перерасчитываются как в продольном, так и
в поперечном направлениях (рис. 6.5). В отличие от устоев промежуточ-
ные опоры, находящиеся в русле водотока, рассчитываются на воздей-
ствие: ветровой нагрузки (вдоль и поперек моста), действующей на
опору (S ), пролетное строение (5Г), проезжую часть и подвижной
состав; ледовой нагрузки (расчет поперек моста), действующей в уров-
нях высокого (St ) или низкого ледохода (5)н); нагрузки от навала
судов S (расчет поперек и вдоль моста).
Горизонтальные силы, действующие на опору со стороны пролетных
строений (тормозные, ветровые, центробежные, боковые удары и т. п.)
передаются через шарниры опорных частей.
244
Рис. 6.5. Схемы загружения промежуточной опоры при расчетах вдоль (с) и попе-
рек (б) моста:
— опорные реакции от постоянных нагрузок, действующих в первом и
во втором пролетах;	~ опорные реакции от временных вертикальных
нагрузок в первом и во втором пролетах; S.— горизонтальные усилия, действую-
щие на опору (ветровые, ледовые, от навала судов и т. п.) ; Z. — плечо действия
силы Sf относительно оси, проходящей через центр тяжести (ЦТ) сечения по-
дошвы фундамента; С?то< Qa> ~ вес собственного тела опоры и фундамента;
РСУ — расчетный судоходный уровень
Горизонтальные усилия от ветровых нагрузок определяются по ре-
комендациям Руководства по определению грузоподъемности металли-
ческих пролетных строений железнодорожных мостов (приложение 6),
усилия от навала судов и воздействия льда — в соответствии с рекомен-
дациями СНиП 2.05.03—84 ’’Мосты и трубы” (п. 2.26 и приложение 10) -
Низкая вероятность одновременного воздействия всех нагрузок
при их максимальных значениях учитывается при пересчетах опор спе-
циальными коэффициентами сочетаний 17, значения которых приведены
в табл. 6.1 и 6.2.
При перерасчетах устоев рассматривается четыре сочетания нагру-
зок — два основных и два дополнительных.
1-е основное сочетание — постоянные нагрузки + временные верти-
кальные на пролетном строении и на призме обрушения;
2-е основное сочетание — постоянные нагрузки + временные верти-
кальные на пролетном строении и на устое;
3-е дополнительное сочетание — постоянные нагрузки + временные
вертикальные в пролете и на призме обрушения + горизонтальные от тор-
можения и от ветра вдоль моста, направленные в сторону пролета.
245
Таблица 6.1. Значения коэффициента т], учитываемого при перерасчете устоев
Номер сочетания нагрузок	Постоян- ные нагрузки	Временные нагрузки				
		в ертикальны е			горизонтальные	
		в пролете	на устое	на призме	тормозные	ветровые
1	1,0	1,0			1,0				
2	1,0	1,0	1,0	—	—	—
3	1,0	0,95	—	0,95	0,8	0,5
4	1,0	0,95	0,95	—	0,8	0,5
4-е дополнительное сочетание — постоянные нагрузки + временные
вертикальные в пролете и на устое + горизонтальные от торможения под-
вижного состава в пролете и на устое.
При перерасчете промежуточных опор вдоль оси моста рассматри-
вается четыре сочетания:
1-е основное сочетание — постоянные нагрузки + временные верти-
кальные, расположенные в обоих примыкающих к опоре пролетах;
2-е основное сочетание — постоянные нагрузки + временные верти-
кальные, расположенные в одном из примыкающих пролетов (в боль-
шем по длине);
Таблица 6.2. Значения коэффициента Т], учитываемого при перерасчете
промежуточных опор
Номер сочетания нагрузок	Постоян- ные на- грузки	Времен- ные вер- тикаль- ные на- грузки	Горизонтальные нагрузки			
			тормозные	ветровые	ледовые	от навала судна
Вдоль моста
1 2 3 4	1,0 1,0 1,0 1,0	1,0 1,0 0,95 0,95	0,8 0,8	0,5 0,5	1111	1111
		Поперек моста				
1	1,0	1,0	—	—	—	—
2	1,0	1,0	—	—	—	—
3	1,0	0,95	—	0,5	0,7	—
4	1,0	0,95	—	0,5	0,7	—
5	1,0	0,95	—	0,5	—	0,7
246
3-е дополнительное сочетание — постоянные нагрузки + временные
вертикальные в двух пролетах и горизонтальные тормозные + горизон-
тальные ветровые на пролетное строение и на опору (горизонтальные на-
грузки направлены в сторону большего пролета);
4-е дополнительное сочетание — постоянные нагрузки + временные
вертикальные в одном пролете (большем по длине) + горизонтальные
тормозные + горизонтальные ветровые на опору и на пролетные строе-
ния (в сторону большего пролета).
При перерасчете поперек оси моста рассматривается пять сочетаний:
1-е и 2-е основные сочетания те же, что и при расчете вдоль оси
моста;
3-е дополнительное сочетание — постоянные нагрузки + временные
вертикальные в двух примыкающих пролетах + горизонтальная ветровая
на пролетное строение и на подвижной состав + ветровая на опору (на
всю ее высоту) + горизонтальное давление льда в уровне низкого ледо-
хода;
4-е дополнительное сочетание — то же, что и в 3-м дополнительном
сочетании, но горизонтальное давление льда в уровне высокого ледо-
хода (соответственно ветровое давление на опору лишь на части ее вы-
соты) ;
5-е дополнительное сочетание — то же, что и в 3-м дополнительном
сочетании, но вместо ледовой нагрузки учитывается навал судна.
При опирании на промежуточную опору среднего узла неразрез-
ного пролетного строения расчеты вдоль моста следует вести по 1-му
и 3-му сочетаниям, а расчеты поперек моста — по 1-му, 3-му, 4-му и 5-му
сочетаниям.
Коэффициенты нагрузок. При определении расчетных значений уси-
лий, действующих на опору, все нагрузки учитываются с коэффициен-
тами надежности 7у, которые принимаются: для постоянных нагру-
зок = 1,10 (исключение для пути на балласте — 7у = 1,2) ; для вре-
менных нагрузок 7у = 1,15.
При определении эквивалентных временных вертикальных нагру-
зок от подвижного состава: при длине загружения Л < 25 м (при езде
на балласте) нагрузки принимаются для а — 0,5; при X > 25 м для дей-
ствительного значения а (относительная координата вершины треуголь-
ной линии влияния).
Динамические коэффициенты, вводимые ко всем видам подвижной
нагрузки, зависят от конструктивных особенностей опоры и определяют-
ся по следующим формулам:
6
1 + д = 1 +	— для железобетонных стоечных опор;
1 + д = 1,0— для массивных опор.
247
Таблица 6.3. Значения коэффициента m при различных типах кладки
Тип кладки	Осевое сжатие	Сжатие при изгибе	Сдвиг	Местное смятие
Бутобетон	0,3	0,35	0,05	0,45
Бетон	0,35	0,40	0,06	0,55
Тесаный камень (кирпич)	0,45	0,55	0,07	0,70
Таблица 6.4. Значения коэффициента т при различных категориях неис-
правности опор	тс
Категория неисправности опоры	Срок службы опоры, годы				
	20	40	60	80	100
0	1,0	0,98	0,96	0,93	0,9
I	0,90	0,87	0,84	0,80	0,75
II	0,75	0,7 2	0,69	0,65	0,60
III	0,60	0,57	0,54	0,51)	0,45
При расчетах опор многопутных мостов учитываются коэффициенты
полосности Sj, которые принимаются: Sj = 1,0 для нагрузок на первом
пути; s = 1,0 для нагрузок на втором пути, если X < 15 м; = 0,7
для нагрузки на втором пути, если X > 25 м (в промежутках — по ин-
терполяции) .
При определении усилий от торможения горизонтальная тормозная
нагрузка учитывается в размере 10 % от вертикальной нагрузки, нахо-
дящейся на примыкающих пролетах и на устое (тормозная нагрузка,
находящаяся на призме обрушения, не учитывается). На многопутных
мостах торможение учитывается: с одного пути — на двухпутных мостах,
и с двух путей — при числе путей больше трех.
Временные горизонтальные нагрузки от воздействия льда и ветра
определяются по приложениям СНиП 2.05.03—84. Коэффициенты надеж-
ности для воздействия льда принимаются ту = 1,5, а для ветра ту =1,2.
Расчетные сопротивления материалов кладки опоры при расчетах
на прочность назначаются в зависимости от вида напряженного состоя-
ния и от фактической прочности материала опоры:
R = т R.
КЛ КЛ ф
где
КЛ
коэффициент перехода от кубиковой прочности материала к другим
видам сопротивления (табл. 6.3);
фактическая прочность материала опоры.
т
Ф
248
определенная при испытании образцов, изготовленных из взятых из опоры кернов
или нераэрушающими способами.
Для бетона, цементного и известкового растворов значения
допускается определять по формуле:
*ф= ит.с' RT>
где ,птс - коэффициент снижения проектной марки бетона или раствора в зави-
симости от технического состояния опоры, которое оценивается по категории не-
исправности конструкции и по сроку ее службы и определяется по табл. 6.4;
Ат — проектная марка бетона или раствора.
При отсутствии данных о проектной марке материалов допускается
принимать: 7?т — 50 кг/см2 — для растворов; = 120 кг/см2 — для
цементных бетонов.
Категории неисправностей несущих конструкций опоры. Катего-
рия неисправности назначается по результатам обследования опоры, при
котором определяются характерные повреждения и дефекты, а также
степень их развития (табл. 6.5).
Проверка прочности грунта основания. Расчетное сопротивление
грунтового основания рекомендуется определять по результатам по-
левых испытаний с использованием рекомендаций приложения 24
СНиП 2.05.03-84.
Проверка прочности грунта основания под подошвой свайных
фундаментов и фундаментов глубокого заложения (опускные колодцы
Таблица 6.5. Категории неисправностей несущих конструкций опоры
Категория неисправ- ности	Характеристики повреждений
0	Разрушение раствора в отдельных швах; разрушение поверхности кладки (отдельные места глубиной до 3 см — в массивных конструк- циях и без оголения арматуры — в железобетонных); одиночные трещины с раскрытием до 0,5 мм — в массивных и до 0,2 мм - в железобетонных конструкциях
I	Разрушение раствора в швах на значительной части их длины; разрушение’поверхности кладки (в массивных конструкциях - на глубину до 10 см в отдельных местах и до 3 см — на большей части; в железобетонных — с оголением арматуры в отдельных местах); многочисленные трещины с раскрытием до 0,5 мм и одиночные до 2 мм - в массивных конструкциях и соответственно 0,2 мм и 0,5 мм - в железобетонных; протечки и выщелачивание бетона; разрушение раствора в швах со сдвигом камней
249
Окончание табл. 6.5
Категория неисправ- ности	Характеристики повреждений
II	Вывал отдельных камней; разрушение кладки до 10 см повсеместно и более 10 см в отдельных местах — в массивных конструкциях; разрушение защитного слоя и коррозия арматуры до 10 % — в железобетонных; многочисленные трещины с раскрытием до 2 мм и отдельные трещины до 5 мм - в массивных конструкциях и соответственно 0,5 мм и 1,0 мм - в желе- зобетонных; интенсивное выщелачивание бетона и раствора
III	Разрушение раствора в швах со сдвигом и вывалом группы (ря- дов) камней; разрушение поверхности кладки на глубину более 10 см повсемест- но — для массивных конструкций; коррозия и изгиб арматурных стержней — для железобетонных; сквозные трещины, расчленяющие конструкцию на отдельные эле- менты
и кессоны) выполняется как для условно-массивных (рис. 6.6) - Размеры
подошвы условно-массивных фундаментов (ас, Ьс) назначаются с уче-
том средневзвешенного значения угла внутреннего трения грунтов,
лежащих в пределах глубины заложения:
^nihi
~ d ’
где крп- — угол внутреннего трения для грунта i-ro слоя; h. — высота i-ro слоя
грунта, м; d — глубина заложения, м.
В общем случае
bc~ b + 2d tg—; ac = a + 2Jtg-4-
Проверка прочности грунта предполагает определение средних и
максимальных значений напряжений, действующих в грунте под по-
дошвой условно-массивного фундамента, и сравнение полученных
напряжений с расчетным сопротивлением грунта.
Схема действия расчетных усилий E7V. и 'LMi и эпюры напряже-
ний по подошве фундамента показаны на рис. 6.6.
250
Рис. 6.6. Схемы условно-массивных фундаментов:
а — для низкого свайного ростверка; б — для высокого свайного ростверка; в —
для опускного колодца (кессона); г — для опускного колодца, погружаемого
с использованием тиксотропной рубашки; 1 — 2 -- 3 -- 4 — контур грунтового мас-
сива, включаемого в состав условно-массивного фундамента
Значения средних и максимальных напряжений в грунте определя-
ются по формулам:
Елу.	'LMi
р —---------у R; рт — —  + ——  ’£ у у R,
*ср д	’п ’ 'max А	w	'п’с ’
где T.N. - равнодействующая всех вертикальных сил от постоянных и временных
нагрузок, а также веса грунта, включенного в условно-массивный фундамент,
с учетом коэффициентов надежности
)у. > 1,0; YM- — суммарный момент, дей-
251
ствующий в уровне подошвы фундамента, определяемый с учетом внецентренного
приложения сил	и горизонтальных сил (торможение, ветровые, ледовые
ит, п.); ЕМ. вдоль и поперек моста учитываются раздельно, если подошва фун-
дамента имеет прямоугольную форму. Для подошвы фундамента, очерченной по
окружности (столбчатые опоры большого диаметра) Т,М. определяется как ре-
зультат векторного сложения ЕЛ/*, действующих поперек оси моста, и SA/?,
действующих вдоль оси моста; 7и — коэффициент надежности по назначению, рав-
ный 0,83; ус — коэффициент условий работы (7 — 1 — для нескальных оснований
при расчетах на основные сочетания нагрузок и у^ 1,2 — для скальных оснований
во всех сочетаниях нагрузок); А — площадь поперечного сечения условно-массив-
ного фундамента в уровне его подошвы, м2 (А — Ь а ); момент сопротивления
С С	2
поперечного сечения условно-масси^рого фундамента: W — —g
а Ъ
с с
расчетов поперек оси и = ~'—g
ДЛЯ
для расчетов вдоль оси моста.
Проверка прочности кладки опоры. Прочность материала кладки
тела опоры проверяется по среднему и максимальному значениям
напряжений, действующих в характерных сечениях кладки:
£/Укл	27У.КЛ
I	I	I
V — ----------- R У ", Р — ------------------+----------< R 7 7,
'ср	д	кл 'и’ ' max д	кл 'п 'с’
кл	к л	кл
ГДе — 0,91 - коэффициент надежности по назначению; ус — 1,2 - коэффициент
условий работы.
Напряжение в кладке проверяется расчетом в характерных (по вы-
соте опоры) сечениях, где геометрические характеристики поперечного
сечения тела опоры резко изменяются.
Условный расчет на трещиносгойкость. Проверка положения равно-
действующей сил 2УУ. относительно ядра сечения кладки тела опоры
рассматривается как условный расчет на трещиносгойкость кладки.
Проверка заключается в определении эксцентриситета е равнодействую-
щей вертикальных сил в исследуемом сечении опоры и в сравнении его
с радиусом ядра сечения. Трещиносгойкость сечения будет обеспечена,
если соблюдается условие: е = -------- < Р, где р — радиус
E7vKn
1 W
кл
ядра сечения, определяемый как р — -------. Условие е ^р означа-
А
кл
ет, что равнодействующая вертикальных сил Y,Nj находится в ядре се-
чения. Если е > р, го в сечении имеется растянутая зона, и возможно
образование поперечных трещин в теле опоры (в этом случае требуется
выполнить проверку устойчивости on лы от опрокидывания),
252
Проверка устойчивости опоры. Проверка устойчивости тела опоры
от опрокидывания считается выполненной, если соблюдается условие.
т
'п
где М — опрокидывающий момент, который определяется от всех действующих
сип с учетом коэффициентов надежности 7^. > 1,0; Mz - удерживающий момент,
в котором все удерживающие силы учтены с коэффициентами надежности 7^ < 1,0
(для собственных весов у& — 0,9, а для временных нагрузок 7д = 1,0) т -
коэффициент условий работы, который практически во всех случаях расчетов ра-
вен 1,0; у - коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 1,10
При определении Мц следует учитывать крены опоры, если при
обследовании их наличие установлено.
Проверка устойчивости опоры от сдвига по грунту выполняется для
устоев и опор, расположенных в грунтовом массиве, склонном к ополз-
невым подвижкам.
В настоящее время завершается разработка методики оценки грузо-
подъемности опор методом классификаций. Основные положения этой
методики аналогичны принятым в методиках оценки грузоподъемности
методом классификации металлических и железобетонных пролетных
строений. Определение расчетных характеристик материалов и грунтов,
расчетные схемы, виды проверок в значительной степени совпадают
с используемыми в методе перерасчета опор.
Il
Глава 7
н
НАДЁЖНОСТЬ И УСТАЛОСТНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Ml
7.1. Основные понятия и характеристики надежности
Общие сведения. Основные термины и определения надежности
регламентируются нормативными документами (ГОСТ 27.002—89).
В теории надежности рассматриваются обобщенные объекты, представ-
ляющие собой изделия, системы, сооружения и их элементы, установки,
устройства, машины, аппаратуру, приборы и их части, агрегаты и отдель-
ные детали. Надежность — свойство объекта выполнять заданные функ-
ции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных по-
казателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и
условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хра-
нения и транспортировки. Надежность объекта обусловливается его без-
отказностью, долговечностью, ремонтопригодностью. Безотказность —
свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение
некоторого времени. Работоспособность — состояние объекта, при кото-
ром он способен выполнять заданные функции с установленными пара-
метрами. Наработка — продолжительность или объем работы объекта,
измеряемый в единицах времени, циклах, километрах или в других
единицах. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособ-
ность до предельного состояния с необходимыми перерывами для техни-
ческого обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность — свойство
объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению,
обнаружению и устранению отказов. Под устранением отказов подра-
зумевается восстановление работоспособности. Отказ — событие, за-
ключающееся в нарушении работоспособности. Отказом считается не
только повреждение или разрушение конструкции или ее элементов,
но и недопустимые отклонения параметров от расчетных или заданных
значений, например, недопустимый прогиб пролетного строения. По
характеру возникновения отказы делят на внезапные, например, хруп-
кое разрушение или потеря устойчивости элемента, и постепенно нарас-
тающие, когда параметры элемента или конструкции ухудшаются посте-
пенно и достигают значений, при которых дальнейшая нормальная экс-
плуатация становится невозможной или нецелесообразной. К постепенно
нарастающим отказам относятся отказы, связанные с механическим
износом, коррозией, накоплением усталостных повреждений и др. По
возможности устранения отказы могут быть устранимыми, которые
можно ликвидировать путем ремонта, и неустранимыми, если их ликви-
254
дация путем ремонта становится невозможной или невыгодной. Различа-
ют полный отказ, когда, например, по мосту не возможен пропуск под-
вижной нагрузки, или частичный отказ, при котором возможен пропуск
нагрузок с определенными ограничениями, например, по весу или по
скорости движения.
Надежность характеризуется рядом показателей. Важнейшим пока-
зателем надежности является вероятность безотказной работы — вероят-
ность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной
наработки не возникнет отказа. Учитывают также интенсивность отка-
зов, т. е. условную вероятность возникновения отказа для рассматри-
ваемого момента времени при условии, что до этого отказа не было.
Для ремонтопригодных объектов пользуются также показателем нара-
ботка на отказ — это среднее значение наработки между отказами.
Основными показателями долговечности являются ресурс и срок служ-
бы. Ресурс — наработка объекта до предельного состояния. Различают
средний ресурс, т. е. среднюю наработку до предельного состояния и
7-ресурс — ресурс, который имеет и превышает обусловленное число
(у) процентов изделий данного типа. Таким образом, ресурс характери-
зует долговечность при выбранном уровне вероятности безотказной ра-
боты. Назначенный ресурс — наработка, при достижении которой экс-
плуатация объекта должна быть прекращена независимо от его со-
стояния.
Для мостов основным показателем долговечности является срок
службы — календарная продолжительность эксплуатации до возникнове-
ния предельного состояния. Различают срок службы до первого капи-
тального ремонта (усиления), срок службы между капитальными ремон-
тами и срок службы до списания (замены).
Мост представляет собой механическую систему совместно дейст-
вующих элементов. Эта система является ремонтопригодной. Произведя
ремонт или усиление отдельных элементов, можно увеличивать срок
службы моста. Однако, с увеличением срока эксплуатации стоимость ре-
монта и содержания также возрастают. Поэтому при определении опти-
мального срока службы мостов наряду с оценкой надежности должны
выполняться тщательные экономические расчеты.
Мосты — весьма ответственные сооружения, и вероятность безотказ-
ности их работы должна быть очень высокой.
Отказы, возникающие в отдельных элементах моста, различны по
своим последствиям. Поэтому вероятность безотказной работы для
отдельных элементов моста должна задаваться в зависимости от послед-
ствий появления рассматриваемого отказа и возможности его обнаруже-
ния. Если, например, под отказом подразумевается хрупкое разрушение,
способное привести к обрушению пролетного строения, то вероятность
безотказной работы должна быть очень близкой к единице. А если в ка-
честве отказа рассматривается расстройство заклепок, то ее значение
можно существенно снизить.
255
Вероятность безотказной работы и способы ее оценки. Для оцен-
ки надежности элемента необходимо знать вероятность его безотказной
работы P(t) в пределах заданного периода времени t. Вероятность без-
отказной работы P(t} и вероятность появления отказа Qft) связаны
между собой следующей зависимостью (рис. 7.1) :
Р(0 = 1-С(0-
Функцию Р(г) называют функцией надежности. Имея плотность
распределения вероятностей отказов (производную от функции рас-
пределения отказов) получим вероятность отказов и безотказной ра-
боты:
t
Q(t)= I f(t) dr;
— oo
P(r)= 1-G(r) = l- f /(r)dr= //(r) dr
-oo	t
а также интенсивность отказов
Л(Г) =
P'(r)
Р(Г)
(7-1)
(7-2)
Мосты относятся к объектам, в которых могут возникать как
внезапные отказы, так и постепенно нарастающие. Функцию надежности
для них можно получить через вероятность внезапных отказов Q (Г)
и постепенно нарастающих отказов <2п (г) :
Р(0= [1 -Св(г)1 [1-<2п(г)] =Р (О Рп(г).
Это позволяет более удобно представлять наработку как случай-
ную величину. На основании опытных данных установлено, что Р (г)
с достаточно хорошим приближением соответствует экспоненциально-
му закону распределения Р (г) = ё~ или распределению Вейбулла
_	_ . t а	в
Р (г) — е л , где X и а — некоторые параметры.
t
Рис. 7.1. Графики функций Р(Г) и
Q(t)
256
Рис. 7.2. Распределение вероятностей по нормальному закону:
а — график функции надежности; б — график плотности распределения;
I — теоретические значении; 2 — значения по опытным данным
Для постепенно нарастающих отказов, например, связанных с изно-
сом, наиболее часто подходит нормальный закон распределения (рис. 7.2).
Плотность распределения вероятностей при нормальном законе
имеет вид:
где Of - математическое ожидание (среднее значение случайной’величины)
и среднее квадратическое отклонение (стандарт).
Имея распределение Р(Г) по нормальному закону, легко получить
вероятность отказа, используя значения т и of. Так, вероятность отка-
за за период времени до Т—т{ — 3of равна 0,135 %, а до Т — mf — 2of
она равна 2,175 %.
При определении вероятности отказа и безотказной работы по фор-
мулам (7.1) и (7.2) вычисление интегралов обычно производят с ис-
пользованием специальных таблиц. Средняя наработка до первого отказа
равна математическому ожиданию.
Нередко распределение наработки, как случайной величины, под-
чиняется логарифмически-нормальному закону. При этом логарифм
случайной величины распределяется по нормальному закону, и плотность
распределения имеет вид:
(Ig t - 1g f6) 2
1	~ 2oJ
/(0 =-------------e
Of V277
9 Зак. 1188
257
Elgr;
где 1g t — n — несмещенная оценка для математического ожида-
ния; п - число наблюдений (опытов); t. — наработка до i-ro отказа; а =
/ sagr.-igr0)2
~ V	— несмещенная оценка для среднего квадратического
п - 1
отклонения.
Вероятность безотказной работы и отказа можно определять с по-
мощью таблиц для нормального распределения. Логарифмически-
нормальпое распределение обычно лучше чем нормальное описывает
результаты усталостных разрушений. В зависимости от природы отказов,
характера их возникновения связь между возможными значениями от-
казов, как случайных величин, и соответствующими вероятностями мо-
жет подчиняться и другим законам распределения, например, Релея,
Пуассона, Коши и др.
При расчете надежности элементов конструкции часто приходится
решать задачи по оценке вероятности их безотказной работы при взаимо-
действии двух основных случайных факторов: нагрузки 5 и несущей
способности R. Обычно воздействие нагрузки представляют в виде рас-
четных напряжений, а несущую способность — в виде расчетных сопро-
тивлений. В общем случае S и R являются случайными функциями
во времени. Имея функции распределения плотности вероятности S и
R, для случая R = So (рис. 7.3, а) получим вероятность отказа (по
Н. С. Стрелецкому)
R
СО	О
Q(x) = w, w = / t(S) dS'f f(R)dR
1 2	о
и вероятность безотказной работы
е°	«0
Р(х)= 1- Г f(S)dS'f f(R)dR.
so	°
Следует отметить, что рассмотренный способ дает заниженные
значения вероятности отказа £2(х) — оценку снизу, поскольку из рас-
смотрения исключаются случайные события S > R при R> RQ или
5 > SQ. Поэтому В. В. Болотин предложил пользоваться двусторонней
оценкой. Вероятность безотказной работы для случая (S < S0 и R >
> 7?0) определяется формулой
Р(Х)= (1- WjX1"
а вероятность отказа —
Q(X) =1 -Р(х) = w, +	ш2.
258
Рис. 7.3. Плотность распределения f (S) и f (R)
В этом случае получаем завышенное значение вероятности отказа
(оценку сверху), поскольку не учитывается полностью возможность
безотказной работы (например, 51 < R при R < 7?0). Таким образом,
действительное значение вероятности отказа <2(х) находится в пре-
делах:
о>2 < Q(x) <Wj + а>2 - ш1 ш2.
При оценке надежности часто приходится решать задачу, когда R
и 5 имеют различные заданные значения (рис. 7.3, б). Условие безот-
казной работы элемента имеет вид:
Z = R - 5 > 0.
За меру надежности принимается вероятность того, что Z > 0.
В случае, если R, S, Z распределены по нормальному закону, функция
распределения плотности вероятностей f(Z) имеет вид :
1	(Z ~ mz}2
f(Z) = -------7=^—- I-------------’
oz X/ 2л	2az
где т? oz — математическое ожидание и стандарт для Z.
mz ~ mR ~ mS’ °z ~ °R~ ^RS + °S ’
R - S -
где к RS ~  R®—  S°   ” коэФФиИисНТ корреляции; R° — центриро-
ванная случайная величина R; S° - центрированная случайная величина 5;
— математическое ожидание для R и S; О^,	— стандарт для R и S.
9’
259
Вероятность
ОО	ОО 1	(Z ~
Р= f f(Z) dZ = J ---------- exp [--------------] dZ.
о	о о V 2я	2a
z	z
Произведя замену переменной, получим
1
Р = —2-----ф(у),
где Ф(у) — функция Лапласа; у - характеристика безопасности (по А. Р. Ржани-
ныну),
- т&
7= ' '----------'
V - 2kRS + a2s
Если R и S — независимые случайные величины, то kRS = 0.
Зная у, легко получить вероятность отказа или безотказной работы.
Чем больше у, тем выше вероятность безотказной работы. Например,
при у= 1,28 Р= 0,9; при у= 2,32 Р= 0,99, а при у= 3,15 Р— 0,999.
Мост или пролетное строение моста представляют собой механиче-
скую систему, состоящую из отдельных элементов и узлов, связанных
между собой. Рассмотренные выше способы оценки вероятности безот-
казной работы можно отнести отдельно к каждому элементу, узлу или
к системе в целом, если известны статистические данные об их отказах.
Обычно удается получить эти данные для отдельных элементов. Поэтому
на практике оценку надежности системы производят расчетным путем
по надежности отдельных ее элементов и узлов. В мостах отказ любого
элемента практически может привести к отказу сооружения в целом.
С позиций теории надежности такие системы рассматривают как систе-
мы с последовательно соединенными элементами.
Вероятность безотказной работы таких систем равна произведению
вероятностей безотказной работы отдельных элементов
п
Рс^	(73)
При одинаковой надежности элементов формула (7.3) примет вид:
р (О = р" .
Таким образом, надежность системы в значительной степени зависит
от числа элементов и надежности входящих в эту систему элементов.
260
Например, если систему состоит из 10 элементов, и каждый элемент
имеет вероятность безотказной работы 0,99, то вероятность безотказ-
ной работы системы будет равна 0,9910 = 0,9043.
Для повышения надежности сложных систем используют резервиро-
вание путем включения дублирующих элементов. При отказе основного
элемента дублирующий элемент выполняет его функции. Этот способ
широко используют в радиоэлектронике, ответственных приборах и
системах. Резервирование может быть постоянным (нагруженным),
когда резервные элементы постоянно подключены к основным и нахо-
дятся в одинаковом с ними режиме работы, и ненагруженным, когда
резервные элементы в период работы основных элементов отключены
и включаются только при отказе основных.
В пролетных строениях мостов примером постоянного резервирова-
ния может служить усиление, когда элементы, имеющие низкую надеж-
ность, усиливают с таким расчетом, что после выключения из работы
усиленного элемента (например, вследствие развития трещин в сварном
элементе) поставленный при усилении элемент будет выполнять функ-
цию разрушенного элемента. При постоянном резервировании резервные
элементы подключают параллельно основным. Вероятность отказа всех
(основного и резервных) элементов по теореме умножения вероятно-
стей выражается формулой:
п
4ю = п ег(0>
а вероятность безотказной работы
п	п
Р (t) = 1 - 0(0 = 1 - П Q (О = 1 - П [1 - Р-(т)],
с	с	1= 1 '	i— 1
где 6ДГ);	- вероятность отказа и вероятность безотказной работы /-го
элемента.
Этот способ дает возможность значительно повышать надежность
системы, состоящей из недостаточно надежных элементов. Например,
если вероятность безотказной работы каждого элемента системы (одно-
го основного и одного резервного) равна 0,9, то вероятность безотказ-
ной работы системы из двух элементов (t) = 1 — (0,1) = 0,99.
7.2. Оценка усталостной долговечности элементов
металлических пролетных строений
Основные положения. Металлические пролетные строения эксплуа-
тируемых железнодорожных мостов весьма разнообразны по схемам,
конструкпии, материалу и размерам. Среди них клепаные пролетные
261
строения составляют около 70 %. Изменение напряжений в элементах
пролетных строений при пропуске по ним нагрузок представляет собой
широкополосный случайный процесс, характеристики которого зависят
не только от типа подвижных нагрузок, которые в течение длительного
срока эксплуатации непрерывно меняются, ио и от параметров линий
влияния элементов. В процессе эксплуатации также могут значительно
изменяться и характеристики сопротивления усталости элементов. Все
эти изменения носят случайный характер. Поэтому оценка усталостной
долговечности и надежности элементов представляет собой сложную и
трудоемкую задачу, для решения которой требуется установление
закономерностей изменения различных характеристик, накопление
надежных и удобных для расчета статистических данных и т. п. В связи с
этим важно выбрать такую схему расчета, которая позволяла бы при
обоснованных допущениях сравнительно просто получать необходимые
дли практики результаты. В расчетах обычно используют феноменологи-
ческую модель, согласно которой усталостное разрушение наступает,
когда сумма накопленных повреждений достигает некоторой случайной
границы. Используя эту модель, условие безотказной работы элемента
моста можно представить в виде
v<v ,	(7-4)
он’
где V — расчетное значение меры повреждения; - значение меры поврежде-
ния, при которой обеспечивается заданная надежность.
Вероятность неразрушения элемента определяется вероятностью
выполнения неравенства (7.4). При этом вероятность неразрушения мо-
жет определяться вероятностью расчетного значения меры, поврежде-
ния v или вероятностью v .При первом способе расчета для получе-
ния v необходимо иметь вероятностные значения характеристик нагру-
жения и кривых усталости. Значение voh принимается равным единице.
При втором способе расчета расчетную меру повреждения v определяют
при постоянном значении вероятностей характеристик нагружения и
кривых выносливости, а значение voh принимают соответствующим
заданной вероятности безотказной работы.
Таким образом, методика расчета в значительной степени зависит
от наличия исходной информации о нагруженности элементов и их со-
противляемости усталостным разрушениям.
Расчет по первому способу выполняют при наличии вероятностных
характеристик кривых усталости (вероятностных кривых усталости).
Эти данные получают на основании обширных трудоемких усталостных
испытаний, и они далеко не всегда имеются для материалов и соедине-
ний, применяемых в мостах. Проще можно получить данные о характе-
ристиках выносливости при вероятности Р = 0,5. Поэтому расчет по
второму способу применяют сравнительно широко, например, при оцен-
ке усталостной долговечности элементов клепаных пролетных строений
262
железнодорожных мостов. При этом расчетную меру повреждения опре-
деляют с использованием характеристик кривых усталости при вероят-
ности Р = 0,5. Но в этом случае значительно усложняется задача опреде-
ления v .
Наиболее достоверные значения V-^ можно получить на основании
статистической обработки данных по отказам элементов реальных кон-
струкций. Используя статистическую зависимость между предельной ве-
личиной меры повревдения v°, при достижении которой появилась
усталостная трещина, и вероятностью ее появления Р(у°), можно опре-
делить vOH для обеспечения требуемой вероятности безотказной ра-
боты. При этом вычисление v проводится по той же методике, что
и V. В МИИТе на основании обработки большого числа отказов (бо-
лее 200) установлена такая зависимость для элементов пролетных
строений мостов с заклепочными и болтовыми соединениями из мало-
углеродистой стали и сварочного железа. Ниже приведены значения vq
и соответствующая им вероятность P(vq) безотказной работы по вы-
носливости для элементов из малоуглеродистой стали и сварочного
железа:
v . . . .0,20	0,25	0,30	0,35	0,40	0,45
О	’ Р(Уо) .0.9955	0,9924	0,9845	0,9712	0,9515	0,9236
V . . . .0,50	'0,55	0,60	0,65	0,70	0,75
О P(VQ) .0,8830	0,8289	0,7636	0,6844	0,5940	0,5000
На основании этих данных можно установить значение ^он , при ко-
тором будет обеспечена требуемая надежность элемента по выносливос-
ти. Например, при v = 0,3 вероятность безотказной работы по вынос-
ливости будет 0,984§.
Определение меры повреждения для элементов с заклепочными и
болтовыми соединениями. При определении меры повреждения обычно
используют гипотезу линейного суммирования усталостных поврежде-
ний, согласно которой повреждение, вызванное рассматриваемым цик-
лом изменения напряжений, предполагается не зависящим от состояния
элемента в данный момент и предшествующей истории нагружения.
Поэтому каждое последующее повреждение суммируется с предыдущим.
Согласно этой гипотезе при нагружении, представляющем набор из групп
однородных циклов нагружения (omax f = const; р{ = const),расчетное
значение меры повреждения
к п{
v = Е ------------,
i = 1
(7.5)
263
где п. - пройденное число циклов с максимальными напряжениями Ртахр -
число циклов до разрушения с максимальными напряжениями °тах/ •
Предположим, что элемент нагружен двумя группами (блоками)
однородных циклов с числом их соответственно и «2 (рис. 7.4).
Тогда мера накопленных повреждений
"1	"2
р = ------+--------.
n2
При непрерывном изменении экстремальных напряжений циклов
и постоянном коэффициенте асимметрии циклов р (однопараметриче-
ский процесс нагружения) мера повреждения (рис. 7.5)
пк &п
v = / “V >	(7-6)
О
йп = и0/(а)«1о,	(7-7)
где по — суммарное количество всех циклов нагружения; W-* число циклов до
появления усталостной трещины; f (и) - функция плотности распределения ве-
роятностей О.
Рис. 7.4. Схема к оценке меры повреждения двумя группами однородных
циклов:
1 — кривая ^усталости; 2 — первая группа циклов; 3 — вторая группа цик-
лов; р — 0 — const
264
Рис. 7.5. Схема к оценке меры повреж-
дения при непрерывном изменении экс-
тремальных напряжений циклов и р —
=const:
1 — кривая плотности распределения;
2 — кривая усталости
Рис. 7.6. Левые ветви кривых усталости
элементов из малоуглеродистой стали
(литого и сварочного железа, стали ма-
рок СтЗ, М16С и др.) при различных
а ; а < а < а
°	°2 °з
В рассматриваемой методике принято, что циклы, у которых макси-
мальные напряжения ниже определенного уровня, не вызывают накоп-
ления усталостных повреждений. Тогда число циклов, вызывающих
усталостные повреждения,
ОО
в = п J, f(o) da,	(7-8)
с и о
где а - максимальное напряжение цикла, ниже которого не происходит накопле-
ния усталостных повреждений.
Экспериментами установлено, что левые ветви кривых усталости
элементов с заклепочными и болтовыми соединениями из сталей, приме-
няемых в мостах, могут быть представлены степенным уравнением
amN = const. Кроме того, выявлено, что кривые усталости для мало-
углеродистых сталей с концентраторами напряжений в виде круговых
отверстий (полученные при различных коэффициентах концентрации
напряжений aQ = 1,1 = 6 и постоянном р — 0) пересекаются в точке
с координатами ооп — 576 МПа, N п = 215 (рис. 7.6). Уравнение кри-
вой усталости для таких элементов (Гудет иметь вид:
/V °™ = N ат = 7Vaw = const,
О О on on	’
N От
on on
265
Используя отмеченные закономерности кривых усталости и форму-
лы (7.6), (7.7), (7.8) и (7.9), получим выражение для определения
меры повреждения при однопараметрическом режиме нагружения:
у=~-Г(-~)Ш/(а)аа.
N о
оп	ОП
(7.10)
где т — характеристика наклона кривой усталости в логарифмических коорди-
натах к оси lg N.
Сложные режимы нагружения, у которых асимметрия циклов не
постоянна, удобно приводить к простым однопараметрическим с пуль-
сирующими циклами с ojpgjj =	= ап Статистическое распределение
а для большинства элементов главных ферм пролетных строений желез-
нодорожных мостов хорошо согласуется с нормальным законом. При
таком распределении оп формула (7.10) примет вид:
_	---—2------
NOn°S^2lt °
где - математическое ожидание и стандарт случайной величины О .
Используя формулу (7.10), можно получить аналогичные формулы
для других законов распределений о^. По формуле (7.11) определя-
ют v для группы нагрузок (блока), воздействие которых на рассматри-
ваемый элемент имеет общую закономерность распределения и при
условии, что характеристики основной кривой усталости остаются без
изменения в процессе пропуска всего блока нагрузки.
При длительной эксплуатации в элементах и их соединениях могут
происходить изменения, влияющие на сопротивление усталости. Это в
первую очередь относится к элементам с заклепочными и болтовыми
соединениями, у которых вследствие износа соединений и роста нагру-
зок может в значительных пределах изменяться коэффициент концентра-
ции напряжений для заклепочных и болтовых отверстий В зависи-
мости от степени износа и нагруженности соединение может работать
в трех стадиях. Работа в первой стадии характеризуется тем, что внешнее
усилие полностью передается силами трения. Во второй стадии его пере-
дача осуществляется как силами трения, так и непосредственно через
стержни болтов или заклепок. В третьей стадии усилие передается только
через стержни болтов или заклепок. В этой стадии работы наблюдается
максимальная концентрация напряжений около заклепочных (болто-
вых) отверстий и, следовательно, наиболее интенсивный рост поврежде-
266
Рис. 7.7. Диаграмма изменения й и кривая плотности
распределения <7	и
п
ний. У кромок этих отверстий в зонах максимальной концентрации на-
пряжений, как правило, зарождаются усталостные трещины. Сопротив-
ляемость элементов с заклепочными и болтовыми соединениями уста-
лостным разрушениям в основном характеризуется выносливостью
металла в зонах концентрации напряжений около отверстий и зави-
сит от ап.
На рис. 7.7 показана диаграмма изменения ао при работе соедине-
ния во второй и третьей стадиях. Поверхность ABDC характеризует
изменение а0 во второй стадии, a DTKC — в третьей. Штрихпунктир-
ными линиями обозначены границы изменения aQ при нагружениях
соединения на разных уровнях (огнс и онп) в процессе износа соедине-
ния (Д). На рисунке показана также кривая плотности распределения
вероятностей о . Границы изменения ао в связи с изменением ои на
разных уровнях износа соединения обозначены тонкими линиями. В про-
цессе работы соединения во второй (как и в первой) стадии ад непре-
рывно изменяется как вследствие износа соединения, так и в зависимо-
сти от степени его напряженности, причем aQ линейно зависит от износа
и номинальных напряжений. И только в третьей стадии работы его зна-
чение для данного соединения остается постоянным.
Учет изменения сопротивляемости усталости элемента в рассматри-
ваемой методике расчета производят путем согласования условий рабо-
ты соединения (по имеющейся в данный момент величине концентрации
напряжений) с соответствующей им основной кривой усталости. По ме-
ре роста ао непрерывно изменяются характеристики основной кривой
267
Рис. 7.8. Схема изменения основной
кривой усталости:
1 — до приложения нагрузки; 2 — по-
сле воздействия п^. циклов нагрузки
усталости: ограниченный предел выносливости и характеристика
наклона кривой усталости т. Поскольку при работе соединения
в первой и второй стадиях является функцией износа и номинальных
напряжений в элементе, то зти характеристики будут принимать различ-
ные значения по всей длине основной кривой усталости. Ее можно
представить в виде набора элементарных участков основных кривых
усталости, параметры которых удовлетворяют на данном уровне на-
пряжений значению а^. На рис. 7.8 показана схема изменения основной
кривой усталости, представленной элементарными участками, в резуль-
тате приложения «0 { циклов i-ro блока нагрузки. Разбивку на интерва-
лы Д оп производят с таким расчетом, чтобы можно было' пренебречь
изменением ар в пределах данного интервала, связанным с оп (это до-
пущение фактически аа зависит от действительных, а не приведенных
напряжений). Тогда для вычисления меры повреждения при воздей-
ствии i-ro блока нагрузки на fc-ом интервале Дап при нормальном рас-
пределении ап можно использовать формулу (7.11). Но при этом
появится дополнительная переменная т, изменение которой связано
с числом циклов «0 f. Учитывая, что т — непрерывная монотонно убы-
вающая функция «о р в инженерных расчетах при незначительном допу-
щении можно пользоваться средним значением функции т. к на отрез-
ке иор полученным в зависимости от
1
(7.12)
На основании экспериментальных данных для элементов из мало-
углеродистой стали с заклепочными и болтовыми соединениями установ-
лена зависимость между т и и а0:
3,74
1,78 - lg(29,16 - 6,850^+ 0,53а* )
(7-13)
268
Коэффициент концентрации напряжений для заклепочных и болто-
вых отверстий ао является непрерывной монотонно возрастающей
функцией и0- Для расчетов использование функции т = («ст) более
удобно, чем т = iP1(n0)- Среднее значение функции т = ^(«о) на
отрезке . — сг , , имеет вид:
г и (Н)	(7(C)
1	°П(с)
wcp =  ------------"	! ^а0>йао-	(7Л4)
йо(с) ~ аа(н) “а(н)
При этом а , должен строго соответствовать началу действия
блока нагрузки, ас/ его концу. Тогда меру повреждения на к-м
интервале о при воздействии i-ro блока нагрузки, используя (7.10),
можно определить следующим образом:
v. = —
fK N
on
°n/(K) Oni
- J (—
°П1(к—1) on
1К
f (о . ) d о ..
J v ni 7 ni
(7.15)
т.
Для элементов из малоуглеродистой стали с заклепочными и болто-
выми соединениями на основании (7.13) и (7.14)
3,74

й07к(с)
Щ. = —-------------"--------- J —
'К %к(с) - Йи/К(н) «	. 1,78—1g (29,16— 6,850^+0,531^)
С/ I К I И I
При вычислениях величина блока нагрузки может назначаться в ши-
роких пределах. Это можно использовать для уменьшения пределов из-
менения аа с целью повышения точности расчета по формуле (7.15).
Если в принятом интервале блока нагрузки изменение не превы-
шает 0,6, то обеспечивается сравнительно высокая для инженерных
расчетов точность оценки г.. Таким образом, этот способ позволяет
достаточно полно учитывать нелинейность накопления усталостных по-
вреждений, связанную с изменением условий работы соединения в про-
цессе длительной эксплуатации.
При нормальном распределении о выражение (7.15) для элемен-
тов из малоуглеродистой стали с заклепочными и болтовыми соедине-
ниями примет вид:
"of	°п1; miK е
iK	%п }
<рп/- то>2
2о\
S d%r(7-17)
269
Меру повреждения v. от воздействия i-ro блока нагрузки получим
путем суммирования v. к по всем интервалам, в пределах которых
происходит накопление усталостных повреждений:
п
и,— Ё v.
I _____	11
к — с
(7.18)
где с — номер нижнего интервала, начало которого совпадает с О.
Таким образом, используя среднее значение функции т = ^(«а),
получаем сравнительно просттые формулы для определения меры по-
вреждения v при непрерывно изменяющихся характеристиках основной
кривой усталости. Формулы (7.15) и (7.17) по своей структуре анало-
гичны формулам (7.10) и (7.11), что позволяет иметь единый подсоб-
ный материал (таблицы, графики, номограммы и др.) для облегчения
вычислений.
В связи с тем, что распределение о цля подавляющего больший
ства элементов пролетных строений металлических железнодорожных
мостов сравнительно хорошо согласуется с нормальным законом, фор-
мулы (7.11) и (7.17) оказываются наиболее употребительными. По-
скольку интегралы в указанных формулах не выражаются через элемен-
тарные функции, для упрощения вычислений они затабулированы.
Максимальное напряжение цикла о’, ниже которого не происходит
накопления усталостных повреждений, принимают равным половине пре-
дела выносливости а при Р = 0,5, полученного при коэффициенте
асимметрии цикла р. Щля элементов мостов из малоуглеродистой стали
с заклепочными и болтовыми соединениями экспериментально установ-
лена зависимость между Ор и aff, согласно которой
980 - 230аа + 17,8о£
' = ----------------------------------------------------
Р 42 (1 - р) + (29,16 - 6,85йа + О,53аа (р - 0,2)
(7.19)
Подставив в эту формулу р = 0, получим предел выносливости о0 для
случая, когда ао в процессе всего периода воздействия переменной на-
грузки (блока нагрузки) остается неизменным.
Если ао в процессе действия нагрузки изменяется, то о0, МПа,
определяют как среднее значение функции с0 = <р (ао) по формуле:
10	ао(с) (980- 2300+17,8о’)
% = --------------------;	-----------_£------«_ da. f (7.20)
“а(с)	ао(н) «а(я) (36,17 + 1,3 7ао — 0,1а’)
270
где иа(н) и аО(су ~ коэффициента! концентрации напряжений соответственно
в начале и в конце действия рассматриваемого блока нагрузки для интервала Лоп>
в который попадает определенный по ао^ку
Способы оценки коэффициентов концентрации напряжений aQ из-
ложены в г. 7.3.
Расчетное значение меры повреждения равно сумме значений мер
повреждения, полученных от воздействия всех блоков нагрузки, про-
шедшей по мосту и предполагаемой к обращению по нему:
v = £ vt.	(7.21)
й f - »
Определение меры повреждения для сварных элементов и соеди-
нений. В Институте электросварки им. Е. О. Патона доктором техн,
наук В. И. Дворецким на основании статистической обработки большого
объема данных по выносливости различных сварных злементов и соеди-
нений, в том числе из мостовых сталей, было получено математическое
описание кривых усталости в вероятностном аспекте, что позволяет про-
водить расчет по первому способу. При этом соединения в зависимости
от конструктивных форм, типа стали, уровня остаточных напряжений,
качества выполнения разделены на группы (семь групп). Уравнение кри-
вой усталости имеет вид:
А
° = °ре
(7.22)
где О - предел, выносливости при коэффициенте асимметрии цикла Д; е —
основание натуральных логарифмов; А и В - параметры, зависящие от группы
соединения; N- число циклов до разрушения.
Подставив в (7.22) соответствующие значения А, В, N, о , при-
няв значение ор с определенной вероятностью, получим уравнение кри-
вой усталости с заданной вероятностью. Используя характеристики этой
кривой усталости, можно получить меру повреждения с заданной вероят-
ностью.
При нагружении группами однородных циклов значение меры по-
вреждения можно определить по (7.5). Число однородных циклов до
разрушения (появления усталостной трещины)	ПРИ вероятно-
сти Р получим из (7.22) :
W(?)
/4 В (In о 1л Ор
In а In ор (р)
(7.23)
271
При непрерывном изменении экстремальных напряжений циклов и
постоянном р формулу для определения меры повреждения получим
на основании ранее рассмотренных предпосылок, а также формул (7.6),
(7.7), (7.8), (7.23):
(1ПО(Р) - In ap(F))f (a)da
оо
’'си = яо J,
1 '	° О А - В (1П а(Л - In Ор (Р))

При распределении а по нормальному закону
<g-wa>2
1по(р) - тОр(П	2о^
—— ------------------ е
А ~В(Хпо{р> -\Пир{р})
da,
(7.24)
(7-25)
где и О$ - математическое ожидание и стандарт случайной величины а.
При вероятности безотказной работы, близкой к единице (ар(р)
при Р> 0,95), а' = а . Подставляя в формулы (7.24) и (7.25) а^
а (?) с заранее заданной вероятностью, значение меры повреждения по-
лним с определенной вероятностью.
Оценка усталостного ресурса элемента пролетного строения. Под
усталостным ресурсом (сроком службы) понимается наработка до от-
каза (появление усталостной трещины) при заданной вероятности без-
отказной работы. Вероятность безотказной работы Р принимают в за-
висимости от последствий отказа. Например,, для ответственных свар-
ных узлов и соединений, в которых появление усталостной трещины мо-
жет привести к хрупкому разрушению с тяжелыми последствиями, не-
обходимо принимать Р > 0,999. Появление усталостной трещины в
составных элементах с заклепочными или болтовыми соединениями,
как правило, не приводит быстро к разрушению элемента в целом, по-
скольку усталостная трещина развивается сравнительно медленно в пре-
делах прокатного элемента, входящего в составной (уголок, лист),
а переход ее непосредственно на соседние элементы исключен и пора-
жение их трещинами возможно при условии зарождения новых трещин
в каждом элементе, что связано с дополнительным временем. Переход
усталостной трещины в хрупкое разрушение хотя и возможен, но он
локализуется в пределах прокатного элемента с трещиной, входящего
в составной. От появления усталостной трещины в составном элементе
до полного его разрушения обычно проходит значительное время (иног-
да несколько лет), в течение которого можно обнаружить трещину и
Принять меры по восстановлению работоспособности элемента. Поэто-
му для таких элементов вероятность безотказной работы по появлению
272
усталостной трещины в зависимости от последствий полного отказа эле
мента может назначаться в пределах 0,95 f 0,98. Заданная надежность
как отмечалось выше, обеспечивается выполнением уравнения (7.4)
Ресурс элемента пролетного строения определяют из условия равен-
ства расчетной меры повреждения v, полученной от суммарного воз-
действия пропущенной по мосту нагрузки, и т,он при заданной вероят-
ности безотказной работы. При этом ресурс может быть получен в коли-
честве поездов определенных типов, эталонных (расчетных) поездов,
пропущенного по мосту суммарного груза (тоннажа) или в единицах
времени (в годах), если известна интенсивность движения поездов и их
типы в различные периоды зксйлуатации.
Различают полный ресурс, соответствующий наработке с начала
эксплуатации до наступления отказа (появления усталостной трещины),
и остаточный ресурс, который имеет элемент после выработки части пол-
ного ресурса.
Полный ресурс в эталонных (расчетных) поездах
v
(7.26)
п v
где V — мера повреждения от одного эталонного поезда.
Если полный ресурс необходимо выразить в единицах различных
типов поездов, то можно воспользоваться уравнением
, и
= V = V Z ni kH i ’
UH	• —— j < K I
(7.27)
где n. — число поездов i- го типа; к^ — коэффициент наработки (отношение на-
копленного повреждения от поезда Ьго типа к повреждению от эталонного) для
поезда 1-го типа.
Значения к i в зависимости от параметров линии влияния, вида
тяги и типа локомотивов и вагонов представляют в табличной форме .
Число грузовых поездов различных типов за каждый год пред-
шествующей эксплуатации моста можно получить из статистической
отчетности железных дорог, а сведения о числе и типах пассажирских
поездов — по расписанию их движения. Данные о характере будущей
эксплуатации принимают на основании различных прогнозов. Имея
данные о типах поездов и интенсивности движения, легко получить ре-
сурс (срок службы) в годах.
1 Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных
строений железнодорожных мостов. — М.: Транспорт, 1987.287 с.
273
Меру повреждения от одного эталонного поезда в зависимости от
характера нагружения, функции распределения /(о), конструкции и
типа элемента определяют по формулам (7.5), (7-10), (7.11), (7.24),
(7.25). Характеристики режима нагружения можно получить на осно-
вании ’’прокатки” схемы эталонного поезда по соответствующей линии
влияния на ЭВМ. При этом для получения достоверных статистических
характеристик режимов нагружения по каждой линии влияния необхо-
димо ’’прокатить” схему поезда не менее 40—50 раз со случайным изме-
нением загруженности вагонов и динамических добавок.
В Руководстве по определению грузоподъемности металлических
пролетных строений железнодорожных мостов 1987 г. меру поврежде-
ния от эталонного расчетного поезда в элементах с заклепочными и бол-
товыми соединениями рекомендуется приближенно определять по фор-
муле
v = v - к',
табл ’
где Р , — условная мера повреждения от эталонного поезда в зависимости от
твбл
максимальных напряжений в элементе от эталонного поезда, коэффициента кон-
центрации напряжений а^, отношения а/l (зц,есъ а — расстояние от вершины
положительного участка линии влияния до ближайшего конца; I — длина линии
влияния); значение утабп берется из таблицы; к — коэффициент, учитывающий
длину панели d пролета I и отношение a/Z.
Тогда остаточный ресурс в эталонных поездах
N = N - N или N —
о п и	о
V - V
он н
(7.28)
где N — выработанный ресурс в эталонных поездах; — выработанная мера
повреждения.
Выработанный ресурс и меру повреждения определяют по формулам
п	, п
N = 2 п. . . к .; v = v S
И ; = .	(н) I н! ’ И , = . (н)1 HI
(7.29)
где л (н)._ число пропущенных пооездов i-готипа; ки- - коэффициент наработ-
ки для поезда i-ro типа.
Меры повреждения v, v* в формулах (7.27)—(7.29) можно вычис-
лять непосредственно по формулам (7.5), (7.10), (7.11), (7.24) и
(7.25), если имеются необходимые данные.
В Руководстве по определению грузоподъемности металлических
пролетных строений 1987 г. изложена методика приближенной оценки
274
ресурса элементов главных ферм клепаных пролетных строений по про-
пущенному по мосту суммарному грузу (тоннажу). Исходной информа-
цией для определения пропущенного тоннажа за рассматриваемый пе-
риод является грузонапряженность участка на известный год. Эти данные
имеются в службе пути дороги. Тоннаж определяют с помощью графи-
ков для' трех уровней грузонапряженности, которые приведены в Руко-
водстве 1987 г. Вероятность появления трещин в различных элементах
главных ферм в зависимости от норм проектирования, схемы фермы,
длины панели, положения элемента (раскоса) в системе связана с про-
пущенным тоннажем. Эти данные представлены в табличной форме. При-
нято, что вероятность появления усталостных трещин линейно зависит от
пропущенного тоннажа.
Используя эти данные, можно определить вероятность появления
усталостной трещины в элементе главной фермы, если известна грузо-
напряженность участка, например иа 1990 г., остаточный ресурс при
определенной вероятности появления усталостной трещины; оценить
эффективность усиления прикрепления путем частичной замены наибо-
лее напряженных заклепок в прикреплении элемента к фасонке высоко-
прочными болтами;
Например, требуется оценить остаточный ресурс элемента по тон-
нажу Qp в связи с изменением режима эксплуатации (ввод перспек-
тивных нагрузок вместо обращающихся):
Хи _ . к - .
О = (О О 1______________o6ei__ho6r£
пер I н пер i
где Ста6л ~ тоннаж, соответствующий принятой вероятности появления усталост-
ной трещины (берется из таблицы); Q - пропущенный по мосту тоннаж;
X ”обр i и пер / ~ количество обращающихся и перспективных поездов для
перевозки одного и того же тоннажа; к^  и к^ . — коэффициенты нара-
ботки соответственно для обращающихся и перспективных поездов, принимаемые
по таблицам.
По Qp определяют остаточный усталостный ресурс, который может
быть выражен числом перспективных поездов или в годах, если известна
интенсивность их обращения.
Усталостный ресурс сварных элементов и соединений при заданной
вероятности Р можно определить по формуле (7.23). В разработанной
методике оценки усталостного ресурса сварных сплошностенчатых глав-
ных балок разрезных пролетных строений железнодорожных мостов
в качестве эталонного поезда принят поезд, состоящий из трех восьми-
оснщх секций локомотива с одинаковой нагрузкой на ось, рав-
ной 300 кН, и тридцати перспективных восьмиосных полувагонов габа-
рита Т с нагрузкой на каждую ось 250 кН (рис- 7.9, а, б). При прокат-
275
Рис. 7.9. Схемы нагрузок от эталонного поезда и осциллограмма изгибающего
момента в балке:
а — схема нагрузки от секции локомотива, кН; б — схема нагрузки от полуваго-
на, кН; в — осциллограмма изменения изгибающего момента в сечении, располо-
женном в четверти пролета балки; I “44 м
Р
ке эталонного поезда по простой балке изгибающий момент в любом
сечении имеет один огибающий цикл с наложением на него мелких цик-
лов второй частоты (рис. 7.9, в), т. е. балка испытывает двухчастотное
нагружение. При таком характере нагружения усиливается накопление
усталостных повреждений по сравнению с одночастотным (огибающим).
Кроме того, при Прокатке поезда по балке в ней возникает циклическая
перерезывающая сила, влияние которой также необходимо учитывать
при определении меры повреждений. Особенности режимов нагружения
балок рассмотрены в п. 7.4.
В рассматриваемой методике на основании проведенных исследова-
ний принято, что при пропуске эталонного поезда в любом сечении про-
стой балки возникает один основной (огибающий) цикл изменения из-
гибающего момента (напряжения), который вызывает накопление по-
вреждений, эквивалентное суммарным повреждениям от всех воздей-
ствий, связанных с пропуском этого поезда. Это достигается путем вве-
дения в формулу (7.23) коэффициентов, учитывающих влияние различ-
ных факторов. Таким образом получена формула для определения ре-
сурса в эталонных поездах:
А - В in (к о /а )
N =_____________, ” . *	,	(7.зо)
Хкх1п(кмохЮр^
276
где А и В — параметры, зависящие от группы соединения; О ~ Предел
выносливости при заданной вероятности безотказной работы Р; X - коэффициент,
учитывающий снижение усталостной долговечности при двухчастотном нагруже-
нии; Ох — нормальное расчетное напряжение от эталонного поезда в рассматривае-
мой зоне (точке); к , к — коэффициенты, учитывающие особенностинакопле-
ния усталостных повреждений при плоском напряженном состоянии; при одно-
осном напряженном состоянии к и к равны единице.
м X
Предел выносливости определяют по формуле:
(Р)
°р(Р) ~Ор (0,5)	" о	SO-
-1 (0,5)
где 0р(0 5) - предел выносливости при Р — 0,5 и заданном коэффициенте асим-
метрии цикла р; 5) - предел выносливости при р =-1 и Р = 0,5; z ,
квантиль нормального распределения заданной вероятности Р; — среднее
квадратическое отклонение предела выносливости О_ .
Нормальные расчетные напряжения в рассматриваемой зоне (точке)
балки от эталонного поезда при одноосном напряженном состоянии
Мк *МР
где - математическое ожидание максимумов огибающих циклов изгибающих
моментов от эталонного поезда; М? - изгибающий момент от постоянной нагруз-
ки; 1х — момент инерции сечения; у - расстояние от нейтральной оси до рас-
сматриваемой точк и сечения.
Нормативный (установленный) ресурс в эталонных поездах с уче-
том этапов смены подвижного состава и назначенного срока службы
можно определить по формуле:
N. ~ (t, к , + t_ к + ... + t.k . + ...+ t к )365и =
A v 1 н1 2 н2	I ' н»	и ни7 g
= 365n Е t. к
g I ttl’
где 365 — число суток в году;
'п -число' поездов, проходящих по мосту в сутки;
Г. — время в годах, в течение которого обращаются поезда i-го типа; к  — коэффи-
циент наработки для поезда i-го типа; 2А. — назначенный срок службы в годах.
277
Условие безотказной работы по выносливости имеет вид:
N > N..
п А
Остаточный усталостный ресурс для сварных балок можно определить,
используя формулу (7.28).
7.3.	Концентрация напряжений около отверстий в элементах
с заклепочными и болтовыми соединениями и способы ее оценки
Стадии работы соединений. Концентрация напряжений — один из
важнейших факторов, влияющих на сопротивление усталостному разру-
шению. Поэтому оценка усталостной долговечности тесно связана с оцен-
кой концентрации напряжений. Одной из важнейших особенностей рабо-
ты соединений на заклепках и болтах является двойственный характер
передачи усилий. В зависимости от величины нагрузки и сил трения на
контактирующих поверхностях соединения усилия в соединении пере-
даются либо только силами трения (первая стадия работы), либо силами
трения и непосредственно через стержни заклепок или болтов на стенки
отверстий (вторая стадия работы), или, при отсутствии сил трения, толь-
ко через стержни заклепок или болтов (третья стадия). От характера
передачи усилий в соединении значительно зависит концентрация напря-
жений около заклепочных или болтовых отверстий. Кроме того, она за-
висит от конструкции и размеров соединения. Учитывая отмеченные осо-
бенности, коэффициент концентрации напряжений aQ, который служит
мерой концентрации напряжений, определяют с учетом стадии работы
соединения.
Концентрация напряжений при работе соединений в третьей стадии.
Напряженное состояние около заклепочных и болтовых отверстий в
третьей стадии работы соединения складывается от воздействия двух
основных силовых факторов: силы, передаваемой с заклепки (болта)
на стенку отверстия, и силового потока, проходящего через сечение с
рассматриваемым отверстием.
Согласно решению с использованием функции комплексной пере-
менной напряжения около кругового отверстия с равномерно распреде-
ленной нагрузкой, приложенной к контуру отверстия, в бесконечной
пластине можно определить по формулам:
q' \ a R	г + R а - в
а ---------- <-----(—----------1) + arctg (—--------- tg---------—) +
r ' It к 2 г	г - R 2
r+ R в r+ R
+ arctg (-------tg-----) +------—
г— R 2 г ~ R
а-в
*~2~
г + R а-в .
-----tg---Г
г — R 2
R
Г
[
278
, q' [ г + R а - в	г + R в
°в = ^Г~ yarct8 (~-r~R- ^~2--------) + arctgC-TT-^- tg — ) -
а-в
tg —j—
r+ R	a-U ~~ +
1+ (----tg-----)2
r - R 2
(7.31)
. 2 e
sin
2
где Or, Од - радиальные и тангенциальные нормальные напряжения; Т д - ка-
сательные напряжения.
Исследования показали, что значение о'д на контуре отверстия в
наиболее напряженной зоне (точка 1 на рис. 7.10) мало изменяется в
зависимости от угла а распределения радиальной Нагрузки. Следова-
тельно, величина напряжений в зоне их максимальной концентрации
у кромки отверстия слабо зависит.от характера передачи усилия с за-
клепки на стенку отверстия, связанного с площадью контакта между
ними.
При оценке концентрации напряжений около заклепочных отвер-
стий реальных соединений особый интерес представляет задача о на-
пряженном состоянии около кругового отверстия в пластине ограни-
ченных размеров, нагруженного по контуру с эксцентриситетом по
толщине пластины. Рассмотрим экспериментально-теоретическое реше-
ние этой задачи. На основании аппроксимации экспериментальных дан-
ных получено уравнение связи между коэффициентами концентрации
напряжений для кругового отверстия при центральном приложении
279
Рис. 7.(10. расчетная схема для определе-
ния Ог, О 0,Тд
нагрузки а'о и отношением ширины пластины к диаметру отвер-
стия t = (рис. 7.11,/):
а'о= 1,38 + 0,73г- 0,05г2.	С7-32)
По мере увеличения Г рост о'д ах довольно быстро затухает,
и при Г = 7 экспериментальные значения max’ определенные при
центральном приложении нагрузки по толщине пластины, почти совпа-
дают с полученными теоретически'по формуле (7.31) для бесконечной
пластины.
При внецентренном приложении нагрузки наблюдается (рис. 7.11,//)
значительное увеличение о'д у кромки отверстия с наиболее напряжен-
ной стороны пластины и соответственно коэффициента концентрации
напряжений по сравнению с центральным приложением нагрузки.
В заклепочных сооединениях эксцентриситет приложения нагрузки
к контуру заклепочного отверстия зависит от многих факторов: кон-
струкции соединения (односрезное или двухсрезное); качества изго-
товления, особенно заполнения отверстия заклепкой; толщины соеди-
няемых элементов и др. На характер распределения Од по толщине
склепываемых элементов большое влияние оказывают также реактив-
ные моменты, возникающие вследствие упругого отпора головки закле-
пок.
При прочих равных условиях в односрезных соединениях наблю-
дается более ярко выраженная эксцентричность приложения нагрузки
к контуру отверстия, по сравнению с двухсрезными (рис. 7.12). На
основании исследований установлено, что максимальное значение
max на кРомке Отверстия при работе в третьей стадии в односрез-
ных соединениях примерно в 1,8 раза, а в двухсрезных в 1,3 раза боль-
ше Од с, полученного при центральном нагружении по контуру отвер-
стия (при одинаковых отношениях b/d).
280
Имея для разных отношений' b/d значения о^с, можно получить
значения о'^-	С
Ртах
О0тах = ,«1(У0с-
(7.33)
Для односрезных соединений = 1,8, а для двухсрезных те' ~ 1,3.
При отношениях b/d > 7 определение о^с производится по фор-
муле (7.31). При расчетах удобно пользоваться упрощенной формулой,
г	о
полученной из формулы (7.31) при —1,001, а= 90 :
N.
о'п = 1,11------
Ос	HR 5
(7.34)
где N. — усилие, передаваемое /-й заклепкой на контур отверстия рассматривае-
мого элемента.
При 2 < t < 7 значение Oqc можно вычислить по формуле:
о а = а„о
ос Он
(7.36)
Зйачение Ogc определяют по формуле (7.34), а од
Рис. 7.11. Схемы приложения нагрузок
к контуру отверстия:
/— центральное приложение нагрузки;
II — виецентренное приложение нагрузки
Рис. 7.12. Схема передачи усилий в двух-
срезном {в) и односрезном (б) соеди-
нениях
281
где F^. — площадь нетто поперечного сечения рассматриваемого элемен-
та соединения по центру но отверстия; п- — число заклепок в i-м
РЯДУ-
Значения о'д при N. — 101^Н, б = 1 см, R — 1,15 см для различ-
ных t даны ниже:
t=b!d..........2,0	2,8	3,6	4,4	5,2	6,0	6,8
Ое'с, МПа......115	73,0	56,0	46,0	39,5	34,2	30,5
Напряжения о"д
деляют по формуле:
у кромки отверстия от силового потока ох опре-
°0 = ао °х’
(7.36)
где О." — коэффициент концентрации напряжений для кругового отверстия при
отсутствии нагруэкина кромке отверстия.
Ниже приведены значения а'о для полосы с центрально располо-
женным отверстием при различных Г:
Г = bfd........2,0	2,8	3,6	4,4	5,2	6,0	6,8
...........2,16	2,26	2,3 8	2,46	2,54	2,58	2,62
Имея m ах и ° д' > определяют максимальные значения напряже-
ний на кромке заклепочного (болтового) отверстия
оа = т, вл + « о.
a max 1 ос ОХ
(7.37)
Значение ох вычисляют для сечения, проходящего через рассматри-
ваемое отверстие, без учета напряжений, вызванных усилием, передавае-
мым непосредственно через заклепку. В случае неравномерного рас-
пределения ох по ширине пластины при определении o'g следует при-
нимать ох на уровне рассматриваемой кромки отверстия.
Для заклепочного (болтового) отверстия
Од
птах
(7.38)
Для определения о'дс и ох необходимо знать усилия, передавае-
мые через стержни заклепок или болтов. Распределение этих усилий
между поперечными рядами заклепок (болтов) имеет значительную
282
неравномерность, зависящую от многих факторов: числа поперечных
рядов, шага, податливости заклепок, соотношения площадей попереч-
ных сечений соединяемых элементов и др. Решение задачи о распределе-
нии усилий между заклепками с учетом влияния отмеченных факторов
дано в работе В. О. Осипова "Долговечность металлических пролетных
строений эксплуатируемых железнодорожных мостов” (М.: Транспорт,
1982).
Заклепки крайних рядов наиболее нагружены, и, следовательно,
концентрация напряжений около отверстий крайних рядов максималь-
ная. Эти зоны представляют наибольший интерес. Учитывая однотип-
ность в изготовлении мостовых конструкций и основных размеров за-
клепочных соединений (диаметр, шаг заклепок), в инженерных расчетах
значение сдвигающей силы, приходящейся на заклепку первого ряда,
можно определить с использованием коэффициентов к , приведенных
ниже:
Число попе-
речных ря-
дов заклепок. .2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
к.............1	1,05	1,1	1,15	1,21	1,27	1,32	1,38	1,43	1,47	1,50
Для получения усилия, передаваемого на наиболее напряженную
заклепку первого ряда, среднее значение усилия, приходящегося на одну
заклепку, умножают на коэффициент .
В мостовых конструкциях соединяемые элементы могут значитель-
но отличаться от полос с центрально расположенными круговыми отвер-
стиями. Поэтому для элементов, имеющих поперечное сечение, отличное
от прямоугольного, использование приведенных выше значений о'дс и
а" в зависимости от t возможно при некотором допущении. При этом
за ”Ь" принимают ширину прикрепляемого элемента по поверхности
его контакта в одной плоскости.-
Существенное влияние на напряженное состояние в прикреплении
оказывает перераспределение силового потока в прикрепляемом эле-
менте вследствие непрямой его передачи. Влияние этого фактора учиты-
вают коэффициентом пг3. С учетом изложенного значение для за-
клепочного отверстия в сечении по крайнему, наиболее напряженному
ряду заклепок (болтов) можно определить по формуле:
г к1т1 ^cFu
ао = Г
100‘п 5
+ а" (1 --——)] т
и	п	л
(7.39)
где F^ — площадь нетто поперечного сечения прикрепляемого элемента или его
части по крайнему ряду заклепок, см2; п — общее число заклепок, прикрепляю-
щих элемент или его часть (в зависимости от того, что рассматривается); л -
число заклепок в крайнем ряду всего прикрепляемого элемента или его части;
283
т3 - коэффициент, учитывающий перекрытие частей сечения: при непосредствеь
ном перекрытии менее 40 % — т3 — 1; 40-60%—	= 0,95; 60 — 80%— т3 —
~ 0,85; более 80 % - т3 = 0,8.
По формулам (7.38) и (7.39) можно определить ао при нагруже-
нии прикрепляемых элементов растягивающими усилиями. При дейст-
вии на прикрепляемый элемент сжимающих усилий характер передачи,
их в заклепочном соединении существенно изменится. При этом усилие,
передаваемое через стержень заклепки на стенку отверстия, практически
не вызывает напряжений в зоне максимальной их концентрации около
этого отверстия. Поэтому для отверстий в прикреплениях сжатых эле-
ментов величину принимают равной . Такое же значение коэф-
фициента концентрации напряжений берут при проверке сечений элемен-
тов по соединительным заклепкам независимо от знака усилия.
Концентрация напряжений при работе соединений в первой и второй
стадиях. При работе соединений в первой и второй стадиях напряженное
состояние в зонах около отверстий значительно зависит от предваритель-
ного напряжения болтов и заклепок. При этом часть силового потока
в элементе, ослабленном отверстием, перетекает через головку заклеп-
ки, болта или гайки и шайбы, что приводит к более плавной передаче
силового потока в зоне отверстия и уменьшению среднего напряжения
в этом сечении.
В связи с влиянием большого количества трудно учитываемых фак-
торов на напряженное состояние около отверстия при работе соединения
в первой и второй стадиях удобно использовать метод эксперименталь-
но-теоретического решения при раздельном рассмотрении напряженно-
го состояния от действия каждого фактора. Рассмотренная выше мето-
дика определения концентрации напряжений около отверстий от дей-
ствия силы, передаваемой непосредственно на стенку отверстия, и сило-
вого потока, проходящего через сечение элемента с отверстием, приме-
нима и в случаях работы соединения в первой и второй стадиях. При
определении концентрации напряжений от силы, приложенной к контуру
отверстия во второй стадии работы, следует учитывать меньшую экс-
центричность ее приложения по толщине элемента, чем в третьей стадии.
В этом случае эксцентричность приложения усилия растет по мере изно-
са соединения. В расчетах это изменение учитывают коэффициентом
условий работы m , значение которого в начале работы во второй
стадии принимают равным единице, а в конце ее — как для третьей ста-
дии с учетом типа соединения. Промежуточные значения получают
линейной интерполяцией крайних значений, т. е. соответствующих началу
и концу работы во второй стадии.
Влияние головок заклепок и болтов, а также гаек и шайб на кон-
центрацию напряжений около отверстий исследовалось методами фото-
упругости. Эти исследования показали существенное влияние подкрепле-
ния отверстий головками болтов и заклепок на напряженное состояние
284
в окрестностях отверстия. Так, максимальная концентрация напряже-
ний на кромке отверстия в результате подкрепления головкой заклепки
снижается в зоне ее контакта с поверхностью соединяемого элемента
на 40 %, а по плоскости контакта соединяемых элементов — на 20 % по
сравнению с неподкрепленным отверстием. Еще большее влияние оказы-
вает подкрепление отверстия головкой болта и шайбой. Их включение
в работу приводит к снижению концентрации напряжений в зоне кон-
такта шайбы с поверхностью соединяемого элемента на 45 %, а в плос-
кости контакта соединяемых элементов — примерно на 40 %.
Выявленное на моделях влияние подкрепления отверстия головка-
ми заклепок и болтов на напряженное состояние в окрестностях отвер-
стия является максимальным, поскольку оно получено на образцах
с обеспечением наиболее полного включения в работу головок заклепок
и болтов. В реальных соединениях в зависимости от соотношения сил
трения на контакте головки заклепки (шайбы) и элемента и напряжений
в элементе зто влияние будет изменяться от максимума до нуля. Это
необходимо учитывать при оценке напряженного состояния в реальных
соединениях в процессе их работы под переменными нагрузками.
Напряжения Oq в окрестностях отверстия, вызванные усилием
предварительного натяжения заклепки (болта), имеют отрицательный
знак и поэтому оказывают положительное влияние на выносливость
прикрепляемого элемента. Эти напряжения уменьшаются по мере удале-
ния от поверхности соединения к его середине. Поэтому их роль также
снижается при приближении к серединной плоскости. Эффект подкреп-
ляющего действия головки заклепки (болта) также снижается в этих
зонах. Таким образом, в соединениях, работающих в первой и второй
стадиях, концентрация напряжений около отверстий при работе элемен-
та на растяжение достигает максимума в зонах контактов соединяемых
элементов, наиболее удаленных от поверхности пакета. Этому при рабо-
те во второй стадии в значительной степени способствует эксцентричная
передача усилия непосредственно заклепкой (болтом). Поэтому зарож-
дение усталостных трещин обычно наблюдается в этих зонах.
Определение коэффициента концентрации напряжений с учетом его
изменения в процессе эксплуатации. В рассматриваемой методике
оценки усталостной долговечности элементов пролетных строений с за-
клепочными и болтовыми соединениями характеристики сопротивления
усталости и их изменения в процессе эксплуатации оцениваются через
коэффициент концентрации напряжений для заклепочного (болтового)
отверстия «а, являющегося в этих элементах, как правило, основным
концентратором напряжений, в зоне которого зарождаются усталост-
ные трещины. В связи с этим при оценке накопления усталостных по-
вреждений необходимо следить за изменением ао в зависимости от
износа соединения и усилия, действующего на прикрепляемый элемент.
Изменение ао, как показали исследования, практически линейно зависит
от износа соединения и осевых напряжений в прикрепляемом элементе.
285
В расчетах в качестве характеристики износа принимают условную сум-
марную величину взаимных сдвигов в соединении S(, определенную
в предположении неизменяемости упругого сдвига Д'в в процессе
многократного нагружения, или число циклов при однородном нагру-
жении N. Используя эти закономерности, строят диаграмму измене-
ния а0 при работе соединения в различных стадиях (см. рис. 7.7).
Во второй стадии работы изменение ад ограничивается поверх-
ностью ABDC, представляющей собой гиперболический параболоид.
Величина при работе соединения в третьей стадии для данного вида
соединения остается постоянной и на диаграмме ограничивается плос-
костью DTKC. Эта диаграмма дает возможность определять ад в лю-
бой момент эксплуатации конструкции, если известны значения он. Sf
или о , N. Для построения диаграммы необходимо иметь координаты
точек А, В, С, D. Точка А соответствует границе перехода работы
соединения (болта или заклепки) из первой стадии во вторую. В этой
точке ад ' принимают как для свободного отверстия (ад — ад ). Это
наиболее невыгодный случай, соответствующий отверстию, заполненно-
му слабо обжатой заклепкой или болтом. При необходимости значе-
ние ад можно определить с учетом предварительного напряжения болта
или заклепки. Значение	принимают равным о' в предположе-
нии, что накопления усталостных повреждений в элементах с заклепоч-
ными соединениями при работе соединения в первой стадии не происхо-
дит. Величину ад в точке В определяют по максимальному напряже-
нию о . х. в прикрепляемом элементе с учетом влияния обжатия
заклепки. Значение °н(П1ах) принимают равным расчетному сопротив-
лению металла рассматриваемого элемента.
Точки С' nd лежат на границе между второй и третьей стадией
работы соединения. Значение для этих точек вычисляют, рассматри-
вая работу соединения в третьей стадии. Координата точки С* по оси N,
S't находится из условия полного исчезновения предварительных напря-
жений в заклепках или болтах крайних рядов вследствие износа соеди-
нения. Значение Sf', соответствующее моменту перехода работы соеди-
нения (болта, заклепки) из второй стадии в третью, определяют по фор-
муле	’
К s.
и' О t
S'’=  ------(1-е	"	)	<7-40)
' Vo	Ь
где Ди — значение линейного износа, соответствующее полному исчезновению
предварительных напряжений в заклепке или в болте; р — начальное нормальное
давление на поверхностях контактов, соединяемых элементов; — коэффициент
линейного износа; е — основание натуральных логарифмов; Sf - действительная
суммарная величина взаимных сдвигов контактирующих поверхностей, при кото-
рой полностью исчезают предварительные напряжения в заклепке или болте.
286
Таблица 7.1. Значения суммарных сдвигов Sf, м, для заклепочных соединений
Вид крепления	Ручная клепка	Клепка пневмати- ческим молотком
Прикрепление раскосов и подвесок к верхним узлам главных ферм	100/50	150/75
То же, к нижним узлам	200/100	300/150
Прикрепление элементов поясов главных ферм	150/75	225/110
Примечание. В числителе приведены значения S? для односреэных за-
клепок, в знаменателе — для двухсрезных.
Значение S( в отличие от S определяется с учетом изменения
упругих сдвигов (податливости) контактирующих поверхностей в про-
цессе износа соединения. Переход от Sf к S{ дает возможность исполь-
зовать в расчетах установленную экспериментальным путем линейную
зависимость между «„ и S'{. Методика определения Sf изложена в
работе В. О. Осипова.йДолговечность металлических пролетных строений
эксплуатируемых железнодорожных мостовл? (М.: Транспорт, 1982).
В табл. 7.1 приведены значения для заклепочных соединений элемен-
тов из малоуглеродистой стали.
величина Д п равна сумме полной деформации удлинения заклеп-
ки (болта) Дз и укорочения (обжатия) пакета Дв, вызванной началь-
ным предварительным напряжением заклепки:
Д = Д + Д .
п В 3
Полную деформацию пакета, обжатого заклепкой, по оси заклепки
на кромке отверстия можно определить следующим образом:
5/>з	(0,852)+ d0) (0,852) + 0,8а - dj
Д — ------------— In ’---------------------—-----------------,
в E^d0	(0,852) -dQ) (0,852) + 0,8а + d0)
где — осевое усилие предварительного напряжения заклепки; Е — модуль
упругости пакета; d® — диаметр отверстия; а — половина толщины пакета;
D - наружный диаметр головки заклепки.
Полная деформация удлинения заклепки
Д = Р > = Р (Л + Л ),
3 з Оз з тз гзу ’
287
где Х^ - коэффициент податливости заклепки; Х^, Хрз - коэффициенты по-
2а
датливорти соответственно стержня и головки заклепки; X = р р ' ;
з з
0,3
X = ----------; h - высота головки заклепки; Е , F - модуль упругости и
гз hE	33
з
плошадь поперечного сечения стержня заклепки.
Начальное нормальное давление на поверхностях контактов пакета
определяют по формуле:
Р
3
Р° 7T[(Etga)2 - (~^“)2]
где Н — h + —”—~— — расстояние от вершины конуса давления до рассмат-
п 2tga
риваемого контакта; й - расстояние от опорной поверхности головки заклепки
до рассматриваемого контакта; при этом h п не должно быть больше половины
толщины пакета (й < о); d, ~ 0,850 ; р _ осевое усилие предварительного
П	t 1	3
напряжения заклепки; tg« - тангенс угла наклона образующей конуса давления
к оси заклепки, принимаемый равным 0,4; dQ - диаметр отверстия.
Под коэффициентом линейного износа ки подразумевается вели-
чина уменьшения толщины пакета вследствие износа по одному кон-
такту при единичном нормальном давлении и суммарном взаимном сме-
щении поверхностей контакта. За единичное нормальное давление прини-
мается 1 Н/м2, а единичное суммарное смещение — ( м. Эта характерис-
тика зависит от многих факторов и мало изучена. При испытаниях в
лабораторных условиях образцов из малоуглеродистой стали среднее
значение к колебалось в пределах 284* 10“17 — 416* 10“ 17 м2/Н.
Усилие начального предварительного натяжения заклепки в соединениях
зависит главным образом от толщины склепываемого пакета 2а и диа-
метра заклепки d. Начальные напряжения в заклепке увеличиваются
с ростом отношения a/d и колеблются в пределах от 50 МПа до предела
упругости металла заклепки. При расчетах величину начальных напряже-
ний в заклепке принимают равной 50 МПа независимо от конструкции
соединения и технологии постановки заклепок, что идет в запас.
Построив диаграмму изменения «0 для рассматриваемого прикреп-
ления, легко определить по и в любой период работы кон-
струкции, используя линейную интерполяцию по S'f и а (во второй
стадии работы прикрепления). При этом он вычисляют обычными ме-
тодами расчета при действии нагрузок рассматриваемого блока.
Основные положения и методика расчета S't приведены в работе
В. О. Осипова ’’Долговечность металлических пролетных строений зкс-
288
Рис. 7.13. Осциллограмма напряжений в элементе пролетного строения
моста с делением на разряды
плуатируемых железнодорожных мостов” (М.: Транспорт, 1982). Не
останавливаясь на детальном разборе этой методики, рассмотрим лишь
некоторые практические приемы оценки S't- Будем считать, что в начале
координат диаграммы изменения aQ (см. рис. 7.7) износ соединения
равен нулю. При воздействии каждого блока нагрузки происходит из-
нос соединения, характеризуемый S’ б. Откладывая значения S'l& по
оси St' в последовательности, соответствующей действию блоков на-
грузки, получим координаты износа S? соответствующие пропуску
рассматриваемой нагрузки. Чтобы получить S’, необходимо просум
мировать все взаимные упругие сдвиги соединяемых элементов, воз-
никающие в результате действия переменных усилий. Для решения этой
задачи необходимо иметь информацию о всей совокупности изменений
напряжений в элементе по их величине и уровню напряженности и зави-
симость упругих сдвигов в соединении от напряжений в элементе.
Рассмотрим осциллограмму изменения напряжений в элементе про-
летного строения моста (рис. 7.13). Разделив весь диапазон изменения
напряжений, включая и напряжения от собственного веса о,в, на равные
участки (разряды), можно определить, сколько раз линия осциллограм-
мы проходит каждый разряд. Число пересечений данного разряда соот-
ветствует числу изменений напряжений, равных разряду, на уровне рас-
сматриваемого разряда. Таким образом получим информацию о всей
совокупности изменения напряжений а по их величине и уровню напря-
женности при проходе поезда, необходимую для определения S't от его
воздействия. Эти изменения носят случайный характер. Произведя ста-
тистическую обработку достаточно большого числа осциллограмм, запи-
санных в течение определенного времени, можно установить закономер-
ность изменения напряжений, т. е. получить функцию плотности распре-
деления вероятности напряжений /(о). Для получения необходимой ин-
формации диапазон изменения о делят не менее чем на 15 разрядов,
чтобы учесть сравнительно небольшие, но часто повторяющиеся измене-
ния напряжений. Обработку статистических данных производят от-
10 Зак. 1188
289
Рис. 7.14. Распределение напряжений О
(°) и зависимость упругих сдвигов Д'
от О (б)	ув
дельно для пассажирских поездов, грузовых однородных и грузовых
неоднородных. Как показали исследования, при такой группировке
нагрузок распределение о хорошо согласуется с нормальным законом
(рис. 7.14,а).
Имея функции плотности распределения о и зная зависимость
упругого сдвига в соединении от напряжений в элементе, можно опреде-
лить значение 5^ в любом сечении соединения от воздействия одного
поезда и группы (блока) поездов. Зависимость упругих сдвигов Д^в
от о (рис. 7.14, б) в сечении по крайнему ряду заклепок с некоторым
приближением можно представить прямыми I и II. Прямая I харак-
теризует упругий сдвиг соединения при передаче внешнего усилия сила-
ми трения (первая стадия работы). При этом принимают значение о1 **
<=» Зт , где т — предельная сила трения, приходящаяся на единицу
площади контакта соединения.
Напряжение ог в прикрепляемом элементе, при котором наступает
сдвиг по центру соединения, определяют по внешнему усилию, равному
предельной силе трения в соединении. Упругие сдвиги можно вычислить
различными способами с различной точностью. В инженерных расчетах
значение Д^в t в сечении по крайнему ряду болтов или заклепок, если
площади поперечного сечения соединяемых элементов различаются не-
значительно, можно приближенно вычислить по формуле
1°2
где I — длина прикрепления элемента; Е - модуль упругости.
В сечении по крайнему наиболее напряженному ряду заклепок
с достаточной для рассматриваемых расчетов точностью Дув2 определя-
ют, используя зависимость между податливостью заклепки и действую-
щим на нее усилием сдвига:
, =
ЛУВ2	X
290
где Л'тах — максимальное усилие, передаваемое одной заклепкой крайнего ряда
при напряжении в прикрепляемом элементе, равном О|Пах (максимальное напря-
жение от действия нагрузки рассматриваемого блока); — то же но при напря-
жении в прикрепляемом элементе, равном О ; X ~ коэффициент сдвига, прими-
2 з
маемый равным для односрезных соединений 25» 10 кН/см, а для двухсрезных -
50* 103 кН/см.
При определении N и Nmax можно пользоваться коэффициента-
ми , значения которых в зависимости от числа поперечных рядов за-
клепок приведены были выше.
Имея функцию плотности распределения / (о), зависимость Д’ =
= ^(о) и используя рис. 7.14, получим значение S>' от воздействия
одного поезда или группы (блока) поездов:
С ° 2	Л °тах
\ = «сум I I ДУВ! '	+ * ДУВ2 '	’
где п — общее число пересечений разрядов, полученное при воздействии рас-
сум	,
сматриваемого поезда или блока поездов; Д — величина упругого сдвига при
ув 1
изменении О в пределах одного разряда при работе соединения впервой стадии,;
Д' „
ув2
рядов.
то же при работе соединения во второй стадии;
к, с, и - иомера раз-
Исследования показали, что для некоторых видов заклепочных
соединений зависимости Д'ув1 = 'Р1 (о) и Дув2 Фг(о)имеют сравни-
тельно небольшие различия, величина невелика, сумма интегралов
вероятностей близка к единице. Поэтому в приближенных расчетах
определение Szf можно производить по формуле Sf и Дув2-
По изложенной методике вычисляют Sf в соединениях, работающих
на знакопостоянные усилия. Эту методику можно использовать и для
соединений, нагружаемых знакопеременными усилиями, если учесть
сдвиг, связанный с наличием зазора между отверстием и стержнем за-
клепки или болта, который возникает при изменении знака усилия.
Эти сдвиги определяют по величине зазора и числу изменений знака уси-
лий, способных вызвать сдвиг.
При определении Sf от воздействия ранее обращавшихся или пер-
спективных нагрузок необходимо учитывать изменения в массах поез-
дов, в их воздействии на мосты и т. п. В первом приближении, исполь-
зуя эргодическое свойство процесса нагружения, можно принять усло-
вия сохранения подобия распределения повторяемости, т. е. сохранения
постоянства параметров распределений о для всех блоков нагрузки
(поездов) согласно принятой их группировке. Что касается общего чис-
ла пересечений разрядов «сум> то его можно определить с учетом изме-
нения массы и длины поездов по отношению к поездам, для которых
10*
291
определено число пересечений разрядов, используя линейную зависи-
мость. Цену разряда определяют для каждого блока нагрузки (поезда)
по расчетным экстремальным значениям напряжений от х, о . , ко-
торые вычисляют с соответствующими динамическими коэффициентами.
7.4.	Режимы нагружения элементов пролетных строений мостов
Режимы нагружения элементов пролетных строений (изменение си-
ловых факторов, напряжений) представляют собой широкополосный
случайный процесс. Изменение напряжений в элементах мостов характе-
ризуется значительным разбросом как по амплитудам, так и по средним
напряжениям циклов, т. е. процесс нагружения является двухпараметри-
ческим, в связи с чем задача по определению меры повреждения значи-
тельно усложняется. Наиболее полное описание изменения напряжений
в элементах мостов можно получить на основании теории случайных
процессов.
Согласно рассмотренной в п. 7.2 методике оценки меры поврежде-
ния элементов с заклепочными и болтовыми соединениями процесс из-
менения напряжений в элементе представляют в виде распределения слу-
чайной величины о максимальных напряжений циклов, приведенных
к постоянному коэффициенту асимметрии р — const. Для удобства
систематизации нагружения элементов, накопления статистических дан-
ных и использования их в расчетах, действующие на мост подвижные
нагрузки удобно разделять на блоки, включающие поезда, обращающие-
ся в течение определенного промежутка времени. При этом в каждом
блоке раздельно оценивают режимы нагружения от локомотивной на-
грузки (максимальные огибающие циклы от действия всего поезда:
отдельно от пассажирских поездов, грузовых однородных, грузовых
смешанных и с порожним составом) и от пассажирских и грузовых
составов (однородных, смешанных и порожних).
Наиболее полная оценка режимов нагружения может быть получена
с использованием математической модели потока подвижных единиц,
моделирующей реальный поток движения на определенном участке
железной дороги. Основная трудность при создании такой модели со-
стоит в многообразии форм сочетаний вагонов и степени их нагружен-
ности.
Характеристики режимов нагружения элементов мостов от обра-
щающейся нагрузки на определенных направлениях железных дорог
наиболее быстро можно получить на основании обработки непосредст-
венной информации об изменении усилий (напряжений) в элементах
мостов при воздействии подвижной нагрузки. При этом сбор информа-
ции (запись осциллограмм) должен сочетаться с анализом данных о
формировании поездов.
292
На основании опытных данных установлено, что для большинства
элементов главных ферм пролетных строений мостов достаточно иметь
информацию (осциллограммы) при непрерывном пропуске 50—100 по-
ездов.
Разработаны и применяются различные методы систематизации цик-
лов изменения напряжений. Метод полных циклов следует
считать наиболее надежным для оценки режимов нагружения элементов
мостов. Результаты обработки осциллограмм представляют в виде мат-
риц циклов, которые составляют раздельно для локомотивной нагруз-
ки, пассажирских и грузовых составов или целиком для блока поездов.
Матрица циклов представляет собой таблицу, в которую записывают
количество циклов п.. с соответствующими значениями максималь-
ных (о,пах ,-) и минимальных (»minp напряжений, и имеет следующую
форму:
°min О max	°minl	°min2	•	о  min;	•	°min/
^max 1	"11	"12	•	"1/	•	"1/
0 max 2	И21	"22	•	"2/	•	"2/
•	•	•	•	•	•	•
°max i	"11	"i2	•	nij	•	"а
•	•	•	•	•	•	•
о max к	"к1	И „ к2	•	"к/	•	"к/
Главным условием приведения двухпараметрического процесса из-
менения напряжений к однопараметрическому является сохранение ра-
венства накопления усталостных повреждений, определенных по исход-
ным и приведенным режимам нагружения. Приведение двухпараметри-
ческого процесса к однопараметрическому при условии линейного сум-
мирования усталостных повреждений и параллельности линий усталости
293
в логарифмических координатах 1g о - IgTV для образцов из мостовых
сталей с одинаковыми концентраторами напряжений, но испытанных при
различных коэффициентах асимметрии циклов р , выполняется с ис-
пользованием диаграммы предельных напряжений. Максимальное напря-
жение цикла приведенных напряжений (при р = 0)
о=о - Ао ,	<7.41)
п max min’
где °min’ °max — минимальное и максимальное напряжения приводимого цик-
ла; А = —	1	; оо, 0_ j - пределы выносливости при р = 0 и р~ -1.
Коэффициент приведения А является характеристикой, завися-
щей от коэффициента концентрации напряжений, материала, из которо-
го изготовлен рассматриваемый элемент, условий его работы и т. п.
Следовательно, даже для однотипных (по схеме) элементов мостов,
эксплуатируемых под воздействием одних и тех же нагрузок, но изго-
товленных из разных материалов и имеющих различную концентрацию
напряжений, будут различные характеристики приведенных напряжений.
Это значительно усложняет накопление информации о режимах нагруже-
ния и ее использование в расчетах. Неучет же таких факторов, как кон-
центрация напряжений, качество материала при оценке режимов нагру-
жения может привести к значительным ошибкам.
В МИИТе Е. П. Феоктистовой разработана методика, позволяющая
определять параметры распределения оп при любом коэффициенте
приведения А по параметрам, полученным при коэффициенте приве-
дения Лп- Характеристики распределения приведенных напряжений
при обработке осциллограмм (исходная информация о характеристиках
режимов нагружения определенных типов элементов по схеме моста)
удобно определять при коэффициенте приведения Ап = 0,5. Их полу-
чают для каждого блока нагрузки по матрицам циклов. В результате
будем иметь характеристики статистического и соответствующего ему
теоретического распределения оп для рассматриваемых элементов при
воздействии соответствующих блоков нагрузки. Для перехода от полу-
ченных характеристик распределения о при Ап — 0,5 к характерис-
тикам распределения ап для аналогичного элемента с коэффициентом
приведения Ак используют формулы:
а)	математического ожидания
т = т + (А - А )а-
к п v п к' 1.
б)	дисперсии
D =D + (Al - А2} а + 2(А - А )а + т2 -	,
к п v К п'2 v п ку 3 п к’
294
к I
где	у2=1 апйпигу
к I ,
1 = 1 7 — 1	 '
к	I
Е	Е	а . о . , п..
j - i m ах I	in in / ij
Таким образом, достаточно иметь исходную информацию о режи-
мах нагружения элементов при А , чтобы получить характеристики ре-
жимов нагружения для однотипного элемента при любом Ак- Учитывая,
что на железных дорогах нашей страны эксплуатируется много однотип-
ных по схеме и размерам пролетных строений, элементы которых изго-
товлены из различного металла и имеют различные конструктивные фор-
мы и прикрепления, этот способ позволяет значительно сократить объем
накопляемой информации о режимах нагружения. Но для этого при обра-
ботке матриц циклов необходимо, кроме числа циклов, основных характе-
ристик распределения оп (математического ожидания, дисперсии и их
доверительных интервалов), определить параметры а^, а .
Осциллограммы обрабатывают следующим образом (рис. 7.15).
Максимальное изменение напряжений в рассматриваемом элементе при
пропуске всех исследуемых поездов блока (с учетом напряжений от
собственного веса а ) разбивают на 10-20 равных участков (разря-
дов). Результаты систематизации заносят в матрицу циклов. Приведение
всех циклов к циклам с напряжением о при р — 0 удобно делать
при А = 0,5 с использованием формулы (7.41). На основании полу-
ченных данных строят гистограммы (рис. 7.16) и определяют числовые
характеристики теоретического распределения, соответствующего ста-
тистическому. Результаты обработки представляют в виде таблицы.
Установлено, что статистическое распределение оп для элементов
главных ферм достаточно хорошо согласуется с нормальным законом.
295
Рис. 7.15. Осциллограмма (в) и услорные циклы напряжений от локомотив-
ной (б) и вагонной (в) нагрузок
Анализ накопленных данных о режимах нагружения показывает, что ха-
рактеристики режимов нагружения в основном зависят от вида нагруз-
ки и параметров линий влияния. При длинах однозначных участков
линий влияния от 10 до 30 м число циклов примерно равно числу ваго-
нов в поезде, а при длинах участков более 30 м оно зависит от сочетания
различных групп вагонов, уменьшаясь с увеличением длины линии влия-
ния. При длинах линий влияния менее 10 м число циклов примерно со-
ответствует числу осей или тележек.
При определении и. значение «0 . вычисляют путем умножения
числа поездов и пассажирских составов, входящих в рассматриваемый
Рис. 7.16. Гистограммы и кри-
вые теоретической плотности
распределения О в раскосах
3—4 и 4 — У1 при воздей-
ствии грузовых составов при
движении в направлении, ука-
занном стрелкой (Оп - в раз-
рядах)
296
блок нагрузки, на число циклов от соответствующей нагрузки. Цену
разряда для каждого блока нагрузки определяют по расчетным экстре-
мальным значениям напряжений о х и о mJn, предварительно приве-
денным к о ,	, и о , . , = 0. Расчетные значения напряжений
м	п(тах) п(1пщ)	г
ота и omfn вычисляют обычным способом с учетом динамических
коэффициентов. Вследствие непрямой передачи усилий наблюдается не-
которое перенапряжение элементов в зонах их прикрепления. Повыше-
ние в них номинальных напряжений по сравнению со средними значе-
ниями, которые определяются обычным расчетом, зависит от доли так
называемой непосредственно перекрытой части сечения. Это повыше-
ние напряжений учитывают путем умножения расчетный напряжений на
коэффициент условий работы т, который принимают в зависимости от
величины непосредственно перекрытой части сечения: при непосредствен-
ном перекрытии 80 — 90 % сечения прикрепляемого элемента т — 1,04;
60 — 80 % сечения — т = 1,1; 40 — 60 % сечения — т = 1,25 и менее
40 % — т = 1,3. В случае определения величин номинальных напряже-
ний в сечениях по наиболее напряженным рядам заклепок (болтов)
’’точным” способом, коэффициент т принимают равным единице.
Значительные трудности возникают при оценке режимов нагруже-
ния элементов мостов от воздействия ранее обращавшихся и перспек-
тивных нагрузок. В первом приближении можно принять условие сохра-
нения подобия распределения повторяемости, т. е. сохранения постоян-
ства параметров распределения напряжений (в разрядах) для всех бло-
ков нагрузки. Тогда задача решается просто. Значения о,11ах и omin
от воздействия соответствующего блока нагрузки для проверяемого
элемента определяют как было рассмотрено выше. Характеристики рас-
пределения (в разрядах) и закон распределения оп принимают как для
современных поездов, а цену разряда вычисляют по расчетным экстре-
мальным напряжениям о ио., предварительно приведенным
к °п (т ах) и °п (т in) = ^-а^исло циклов изменения напряжений опре-
деляют с учетом массьг поезда, его длины или числа осей путем введения
коэффициентов, учитывающих соотношение этих величин для поездов
рассматриваемого блока и поездов, от воздействия которых определено
число циклов.
При наличии характеристик кривых усталости для циклов с различ-
ными р определение меры повреждений можно выполнить, используя
непосредственно матрицу циклов:
пЦ
k I
v = Е Е
/=!/=! Ntj
(7.42)
При воздействии подвижных и ветровых нагрузок отдельные эле-
менты металлических мостов могут подвергаться сильной вибрации даже
при сравнительно невысоких скоростях движения. При скоростях 80 —
90 км/ч, как показали исследования, вибрации вносят основную долю
297
в общую дисперсию динамической составляющей нагружения элементов
главных ферм железнодорожных мостов. Дополнительные циклы изме-
нения усилий (напряжений) в элементах мостов могут возникать и от
других воздействий, например, местных от подвижной нагрузки. С неко-
торыми допущениями режимы нагруженности многих элементов пролет-
ных строений можно рассматривать как двухчастотные процессы.
Экспериментальные исследования показывают, что долговечность
металлических элементов, работающих в условиях циклического нагру-
жения, значительно снижается при наложении дополнительных вибраций
(циклов). Снижение усталостной прочности при двухчастотном нагру-
жении обычно оценивают коэффициентом снижения долговечности х>
равным отношению долговечности при одночастотном Л/ и двухчас-
тотном N2 нагружениях. На этот коэффициент наиболее существенное
влияние оказывают частотные и амплитудные отношения составляющих
двухчастотного нагружения, а также свойства материала.
Экспериментальные исследования усталостной прочности мосто-
вых сталей марок Ст. 3 и 15ХСНД при двухчастотном нагружении, про-
веденные в МИИТе В. К. Матвеевым, показали, что с увеличением
амплитудных и частотных отношений долговечность и предел выносли-
вости этих сталей резко уменьшаются, при этом между логарифмом сни-
жения долговечности 1g х и отношением о J оаи (здесь оав, оан —
амплитуды второй и первой частот) существует линейная зависимость.
Эти закономерности хорошо согласуются с результатами, полученными
В. И. Труфяковым и В. С. Ковальчуком на основании исследований низ-
коуглеродистых и хромоникелевых сталей в институте электросварки
им. Е. О. Патона. Ими получена зависимость
£__
x=(fB//H)	а’“ •	(743)
где /в>	- вторая и первая частоты;	коэффициент, учитывающий свойства
стали: для стали марки Ст. 3 £ = 1,58, а 15ХСНД - | = 1,90.
Установлено, что кривые усталости мостовых сталей при двухчастот-
ном нагружении и фиксированных значениях частотных и амплитудных
отношений, постоянном коэффициенте концентрации напряжений ао
в логарифмических координатах параллельны основной кривой устало-
сти, соответствующей одночастотному нагружению. В связи с этим срав-
нительно просто привести двухчастотный цикл к эквивалентному (по
повреждающему действию) одночастотному с р — 0:
°п2/ = Х/"” (%ах/ -
где °max/’ °minj ~ максимальные и минимальные напряжения низкочастотной
составляющей двухчастотного J-го цикла; т - характеристика угла наклона кри-
вой усталости в логарифмических координатах.
298
Таким образом, используя основные закономерности кривых уста-
лости, можно учитывать повреждающее действие циклов второй частоты
при оценке меры повреждения элементов металлических мостов. Основ-
ная задача состоит в определении коэффициентов снижения долговеч-
ности X/ и выборе значений аав, оан, / и / для каждого.цикла
низкочастотных напряжений1.	в
Во многих случаях (при проектировании пролетных строений,
оценке воздействия перспективных нагрузок и др.) удобно использо-
вать осциллограммы, полученные путем ’’прокатки” нагрузки по лини-
ям влияния на ЭВМ.
Как отмечалось в предыдущем параграфе при оценке усталостного
ресурса сварных сплошностенчатых балок в качестве эталонного поезда
принят поезд, состоящий из трехсекционного локомотива (в каждой
секции восемь осей с нагрузкой по 300 кН) и тридцати восьмиосных
полувагонов" габарита Т с нагрузкой на ось 250 кН. Режимы нагруже-
ния от воздействия этого поезда для разрезных балок пролетом от 18
до 55 м для семи сечений, равномерно распределенных по длине, были
получены путем ’’прокатки” поездов по линиям влияния на ЭВМ. Воз-
можные отклонения загруженности вагонов учтены путем ’’розыгрыша”
осевой нагрузки случайным образом по нормальному закону с матема-
тическим ожиданием 250 кН и коэффициентом вариации 0,125.
Динамическое воздействие подвижного состава учитывали путем
введения динамических добавок к амплитудам циклов. При этом рас-
пределение динамического коэффициента к амплитудам циклов прини-
мали по нормальному закону. Для получения статистических характе-
ристик режимов нагружения по каждой линии влияния ’’прокатыва-
лось” не менее 40 поездов.
Анализ полученных процессов нагружения балок показал, что они
носят двухчастотный характер (см. рис. 7.9) и распределение амплитуд
циклов изгибающих моментов второй частоты удовлетворительно согла-
суется с законом Релея, а распределение максимумов огибающих циклов
хорошо согласуются с нормальным законом. Коэффициент снижения
усталостной долговечности к i-му низкочастотному циклу определяли
по формуле:
1п2Х;
.___ , ~
X. = 1 + <2 In Xi е
(7-44)
Осипов В. О., Матвеев В. К. Оценка усталостного ресурса элемен-
тов металлических пролетных строений с учетом вибраций // Строительная механи-
ка и расчет сооружений. 1989. № 5. С. 7—11.
299
.2	f
Здесь Ф(х) = Je	dr; у.= -т8
о	1 w.
Im <2
ав
О ,•
ан I
'где т о - математическое ожидание распределения амплитуд высокочастотных
ев
составляющих; О^- - амплитуда i-го низкочастотного цикла; f - частотаниз-
кочастотных циклов; — эффективная частота высокочастотных составляющих
процесса нагружения; £ — коэффициент, учитывающий свойства стали.
При расчете усталостной долговечности сплошностенчатых сварных
балок возникает необходимость учета взаимодействия касательных и
нормальных напряжений. Эту задачу решают с учетом циклического
изменения главных напряжений и поворота главных площадок,
для чего необходимо иметь данные о режимах согласованного измене-
ния в рассматриваемом сечении силовых факторов: изгибающего мо-
мента и перерезывающей силы. С целью упрощения расчетов по оценке
усталостной долговечности зон с плоским напряженным состоянием
в МИИТе разработана методика, согласно которой учет особенностей
работы металла при плоском Циклически изменяемом напряженном
состоянии с двухчастотным характером нагружения производят путем
введения коэффициентов км и к% в формулу (7.30). Определение
этих коэффициентов выполняется на основании совместного последова-
тельного загружения подвижной нагрузкой нормированных линий
влияния касательных тх^ и нормальных ах напряжений с вычисле-
нием главных напряжении о Максимальная ордината нормированной
линии влияния о всегда равна единице, а т варьируется в приня-
тых пределах от 0,25 до 1,0. Значения к^ и получают в зависи-
мости от коэффициента 0 путем деления параметров режимов нагру-
жения огибающего цикла и коэффициента снижения долговечности
при (J 0 на соответствующие Параметры, полученные при отсутствии
касательных напряжений (0=0).
Коэффициент
5ОТС
а=-------— ,
lpla-a) by
где $ ° с — статический момент площади отсеченной части; I — расчетный про-
лет; а,- коэффициент, характеризующий положение вершины линии влияния;
у — расстояние от нейтральной оси сечения до расчетной точки; b — толщина стен-
ки балки.
Значения 0, к и к для наиболее характерных пролетов балок,
их сечении и материалов затабулированы.
300
Исследованиями установлено, что углы поворота главных площадок
в характерных зонах сварных простых балок при проходе по ним поез-
дов изменяются в среднем до 15 , и их влияние на накопление усталост-
ных повреждений пока не учитывают.
7.5.	Ресурс элементов пролетных строений и способы
его повышения
Накопление усталостных повреждений в элементах главных ферм,
изготовленных по различным расчетным нормам, происходят крайне
неравномерно. Это связано с особенностями конструкции пролетных
строений и отдельных элементов, их прикреплений и характера измене-
ния напряжений.
Для оценки и прогнозирования усталостного ресурса и надежности
мостов важно знать не только величину накопленных повреждений в
данный момент эксплуатации, но и скорость ее роста при воздействии
обращающихся поездов и особенно более тяжелых перспективных на-
грузок, которые готовятся к вводу в эксплуатацию. Последнее обстоя-
тельство приобретает особое значение в связи с предстоящим значитель-
ным Повышением веса подвижных нагрузок и интенсивности их обра-
щения.
В табл. 7.2 приведены отдельные результаты оценки усталостной
долговечности и надежности по изложенной выше методике наиболее
слабых по выносливости элементов главных ферм пролетных строений,
схемы которых представлены на рис. 7.17. В табл. 7.2 даны характерис-
тики главных ферм пролетного строения (расчетные нормы, год по-
стройки, тип прикрепления и классы элемента по прочности) и значения
меры повреждения: за период примерно до 1992 г.; при пропуске
100 тыс. грузовых поездов с локомотивом ВЛ80 и вагонов с распреде-
ленной нагрузкой <?в = 65 кН/м и 100 тысяч перспективных поездов Гпр,
состоящих из локомотива с нагрузкой на ось 276 кН и состава из вось-
миосных вагонов длиной 16,75 м и нагрузкой на ось 224 кН с распреде-
ленной вагонной нагрузкой 105 кН/м. Поезда типа Т постепенно бу-
дут введены в обращение по всей сети железных дорог и станут основ-
ными в ближайшей перспективе. В связи с этим влияние этой нагрузки
на рост накопления усталостных повреждений в элементах пролетных
строений, изготовленных по различным расчетным нормам, представ-
ляет значительный интерес с точки зрения прогнозирования их усталост-
ного ресурса и надежности.
Анализ результатов оценки усталостной долговечности и надежно-
сти элементов главных ферм, часть которых приведена в табл. 7.2, по-
казывает, что наиболее интенсивное накопление усталостных повреж-
дений происходит в раскосах, работающих при преимущественном рас-
тяжении, и в подвесках, когда раскосы и подвески прикреплены одно-
301
Г 2'3’4'5'6'7'

\01 2 3 45В 78	t
|я 33,6 м J	£
Д 1' 2'3'4'5'6'7'Q'S'	'

1012 3 4 5-67
39,6м
Ш
В9т \ ’ £
01234 5 в у ено
44,5

(01234 5 6 7 8 9 Ю 11121314
55,07м
I1 2'3'4' 5'6' 7'8'9'10'11'12'13' 1

55.10м
Рис. 7.17. Схемы главных ферм клепаных пролетных строений
1' 2' 3‘ 4' У 6' 7' д' 9'
А1АИФГС7\
01 234567 8910
55.0071	*
20,98м
срезными заклепками. Значительно медленнее накапливаются усталост-
ные повреждения в элементах нижних поясов главных ферм, работаю-
щих на растяжение. Однако встречаются элементы нижних поясов глав-
ных ферм, в которых мера повреждения приближается в отдельных
случаях к критическому значению Рсн = 0,3. Более интенсивный рост
усталостных повреждений в раскосах по сравнению с нижними поясами
при одинаковых уровнях максимальных напряжений и коэффициентов
концентрации напряжений aQ объясняется главным образом тем, что
коэффициенты асимметрии циклов напряжений р в элементах ниж-
них поясов имеют более высокие значения, чем в раскосах, особенно
работающих на знакопеременные усилия. Кроме того, число циклов
изменения напряжений в раскосах выше, чем в элементах нижних
поясов.
В подвесках и других элементах, работающих на местную нагрузку,
более высокая интенсивность роста усталостных повреждений проис-
ходит вследствие большего числа циклов изменения усилий по сравне-
нию с другими элементами при проходе одного поезда.
Особое внимание следует обратить на значительное увеличение ско-
рости накопления усталостных повреждений при введении в эксплуата-
302
<ия	при пропуске 100 тыс. поездов Г пр	О О О О О Г- СЧ СО	СЧ О> со 40 СО © О © тм О © о о о о	0,1340 0,1270 0,3200	0,0905 0,0640	Г" КО © © СЧ Q-) © сч КО © тг чф О © СО О о о © ©	0,0095 0,0090 0,0097 0,1400
Мера поврежде!	при пропуске 100 тыс. гру- зовых поез- дов с <?в = = 65 кН/м	-е со о о оо т->	сч ° о © ^ © © © © © © о © © © ©	© Г- Г- сь мо © СО СЧ Г" о © © © © ©	о •“» СО © © © © ©	СЧ КО © © 00 со 'о г- сч © оо © © © © © © © © ©	0,0072 0,0070 0,0082 0,0196
	за период эксплуата- ции до 1992 г.	0,0098 0,0496 0,0070 0,0710 0,0290	0,2240 0,1474 0,2740	0,3500 0,0500	0,3040 0,0330 0,8500 0,1250	©	©	©	© оо	сс	СО	V-> со	со	xt О	о	о О	О	©	©
: Класс эле- мента по прочности		ОО	40	О	чо	1 еч	о	xt	сь »—<	а—4	т—1	•—<	. Г" СП - о оо оо	Ч, А. © 04 г—1	7,96 14,65 7,0 9,94	© СО	ХГ Tf ОО Tf оо т—1	т—» т-4
г I О) § со	в прикреп- лении	Двухсрезныс i Односрезные 3»	Двух срезные .. ”	 :	Двухсрезные Односрезные	Двухсрезные Односрезные »»	Двух срезные Односрезные
Элемент		НО-2 Н2-4 Р1'-2 рз'-з П	ч- Г '1 > 1 1 1 й; а, а.	я	Н6-8 Н8-9 РЮ-11' П	Нб-8 Р6-7' Р8-9' П
Расчетные Год по- нормы	• стройки		1925	1929	1896	1898	1896	1906	1896	1896 _ .1		1907	1924
Тип пролет-	ных строении (см. рис. 7.17)			HI	Л1	
303
304
цию более тяжелых перспективных нагрузок. Сравнение значений меры
повреждения (см. табл. 7.2), накопленной при пропуске 100 тыс. грузо-
вых поездов с вагонной нагрузкой q* — 65 кН/м, которые являлись
основными в 60-80-х гг., и поездов Тпр с вагонной нагрузкой -
= 105 кН/м показывает, что скорость накопления усталостных повреж-
дений при одинаковой интенсивности движения поездов при пропуске
поездов Т может быть в несколько раз выше по сравнению с грузо-
выми поездами, обращавшимися в 1960—1980 гг. В раскосах и подвес-
ках, имеющих коэффициент концентрации напряжений и 4,5, При
максимальных напряжениях 80— 100 МПа, приращение меры поврежде-
ния от 100 тыс. перспективных поездов может достигать 0,3. Такое же
Приращение меры повреждения в элементах нижних поясов с а > 4,5
может быть достигнуто при максимальных напряжениях 120 -140 МПа.
Аналогичная картина при введении в обращение поездов Т будет
наблюдаться и по износу (расстройству) заклепочных и болтовых
соединений.
Непрерывный рост грузооборота усиливает тенденцию повышения
осевых нагрузок подвижного состава. Наиболее чувствительными к по-
вышению осевых нагрузок оказываются элементы пролетных строений,
непосредственно воспринимающие давление от подвижных нагрузок.
К ним прежде всего относятся продольные балки, а также пояса главных
балок и ферм,на которые непосредственно опирается мостовое полотно.
Влияние роста осевых нагрузок на долговечность клепаных продольных
балок по трещинам-выколам можно наглядно проследить по резуль-
татам исследования, выполненного А. В. Бушиным, двух типов верх-
них поясов продольных балок, состоящих из двух уголков сечением
120+120x10 мм и двух уголков 100+100x10 мм с горизонтальным
листом сечением 240x10 Мм, при опирании на них деревянных поперечин.
Грузонапряженность на участке, где расположены мосты с рассматри-
ваемыми продольными балками, была принята постоянной, равной
100 млн. г - км брутто/км в год. Исходя из этой грузонапряженности
была определена мера повреждения при эксплуатации в течение 25,50 и
75 лет в зависимости от осевых нагрузок. Зависимость меры повреж-
дения от осевой нагрузки v = / (Г) при различных сроках эксплуата-
ции (Г = 25 лет, Т = 50 лет, Т = 75 лет) для указанных сечений верхних
поясов продольных балок показана на рис. 7.18. На этом рисунке около
соответствующих кривых v = f(P) даны схемы сечений верхних поя-
сов. Приведенные результаты показывают, что мера повреждения поясов
балок быстро увеличивается с ростом осевой нагрузки. Соответственно
снижается и их долговечность.Так, при вероятности безотказной работы
не ниже 0,98, что обеспечивается при пон < 0,277, срок эксплуатации
продольных балок с верхними поясами первого типа (без горизонталь-
ного листа) при грузонапряженности 100 млн. т • км брутто/км в год
при осевых вагонных нагрузках 135 кН составляет 75 лет, при 145 кН —
50 лет, а при 160 кН — 25 лет, а балок с верхними поясами второго типа
305
Рис. 7.18. Зависимость V = f (?) для
верхних поясов продольных балок
(с горизонтальным листом) при осевых нагрузках 254 кН — 75 лет,
при 276 кН — 50 лет и при 315 кН — 25 лет.
Рост осевых нагрузок приводит к значительному ускорению изно-
са заклепочных и болтовых соединений в элементах проезжей части и
особенно в прикреплениях продольных балок к поперечным.
Повышение осевых нагрузок, приводящее к значительному сниже-
нию долговечности элементов пролетных строений мостов, работающих
на местную нагрузку, необходимо учитывать как при решении вопросов,
связанных с введением в эксплуатацию новых вагонов и локомотивов,
так и при планировании работ по содержанию эксплуатируемых мостов.
В связи со значительным ростом накопления усталостных поврежде-
ний и износа соединений при введении в обращение более тяжелых на-
грузок и увеличении интенсивности движения поездов обостряется про-
блема повышения усталостной долговечности элементов и износостой-
кости соединений клепаных пролетных строений эксплуатируемых мос-
тов. Наиболее простым способом повышения усталостной прочности и
износостойкости этих элементов и узлов является превращение закле-
почных соединений в клепано-болтовые (смешанные) путем замены за-
клепок в наиболее напряженных крайних рядах (двух-трех) высоко-
прочными болтами. При этом происходит резкое снижение концентрации
напряжений около отверстий, в которые вместо заклепок поставлены
высокопрочные болты, и поэтому значительно замедляется процесс на-
копления усталостных повреждений.
О высокой эффективности этого способа свидетельствуют расчеты
по изложенной в настоящей главе методике. В табл. 7.3 приведены неко-
торые результаты этих расчетов. В этой таблице для сравнения показано
приращение меры повреждения в соответствующих элементах при про-
пуске 100 тыс. поездов до усиления (путем замены заклепок крайних
рядов высокопрочными болтами) и после его выполнения. В табл. 7.3,
как и в табл. 7.2, приведены характеристики элементов пролетных
строений, схемы которых показаны на рис. 7.17, а также максимальные
значения коэффициента концентрации напряжений а для заклепочных
отверстий при работе соединения в третьей стадии.
Результаты, приведенные в табл. 7.3, показывают, что после превра-
щения заклепочного соединения в клепано-болтовое приращение мера,
повреждения в прикрепляемых элементах по сравнению с соединением
на заклепках уменьшается в несколько раз, а в отдельных случаях прак-
306
£ ф 8 С S		реждения сипения	при про-	пуске 100 тыс.	поездов Г пр	0,015	О f-4 О о о		0,0113	0000*0	О о о о о	О о о о о	0,0050		0,0070	0,0080 0,0150
о П X 8 ь		Мера пов после у	при про- i	пуске 100 тыс.	грузовых поездов с % = — 65 кН/м	0,003	о о о о о		о о о	0000*0	о о о о о	о о о о о	0,0010		0,0020	0,0010 0,0020
и £ S о		§ И №	при про-	пуске 100 тыс. поездов Упр		0,160	о о о о		0,1116	0,0110	10,0550	0,0440	0,0820		0,1260	0,1020 0,2710
ых ферм nj		за повреждс до у сил ей из	<5 о к о о		грузовых поездов с <7в = — 65 кН/м	О сп о о	0,0140		0,0064	0,0031	0,0095	0,0075	0,0130	'		О о СП о О	0,0160 0,0330
5 1 8 н g		ф S	за период	эксплуата- ции до	1992 г.	0,1970	0,089		0,0630	0,01860	О оо О О	0,0620	О о о		о сн о	О Ch о> сь ° о о
§ е: п К 8 § fe		8*=				40 СП	3,87		3,64	оо СМ	3,22	3,26	3,75		4,30	3,35 4,15
		Класс элемен-	га по прочно-	Е		9,36	16,60		10,4	11,93	9,63	10,8	9,63		10,25	VO СМ см 00 Ch сп гН
О ч >х о X 8 § ь о		Заклепки в прикреп-	лении			Односрез-	ЭНН		Односрез-	ные Двух срезные		S	Односрез- ные и двух-		срезные Односрез-	Ь« ЭНН
X X I S		л 1 Элемент				см 1 2	ci-i'		f>-63	Н6-8	Л9-5>' \pio-ii		Н4-6		\pd-i"	рз" -4 \jl - 1 "
[ ц а 7.3. Результат		Год по- строй- ки				1945			1914				1948			
		Расчетные нормы				  — — 1931	под на-	грузку Н7	1907 i					i 1931	' под на-	грузку Я7
Я е; ю rt	усиления	Тип про- летных	о 3	рис. ч 7.17)		VI			НА				IIIA			
307
пояс; Р - раскос; С - стойка.
тически прекращается даже при воздействии перспективной нагрузки.
Таким образом, используя частичную замену заклепок высокопрочны-
ми болтами, можно значительно повышать усталостную долговечность
слабых элементов и тем самым при незначительных затратах сил и
средств увеличивать срок службы эксплуатируемых пролетных строе-
ний с заклепочными соединениями.
В результате превращения заклепочного соединения в клепано-
болтовое снижается его деформативность и связанный с ней износ.
В связи с этим расстройство оставшихся в соединении заклепок значи-
тельно замедляется.
Для повышения долговечности верхних поясов продольных балок
(без горизонтальных листов) устанавливают горизонтальные листы.
Значительное повышение долговечности верхних поясов продольных ба-
лок достигается путем устройства мостового полотна на железобетон-
ной плите вместо мостового полотна на деревянных поперечинах. Су-
щественно увеличивается долговечность верхних поясов продольных
балок при укладке рельсов более тяжелых типов и упругих прокладок
под рельсовые подкладки.
Проезжая часть является обычно наиболее слабым звецом металли-
ческих пролетных строений. Элементы проезжей части наиболее чувст-
вительны к повышению нагрузки, интенсивности и скоростей движения
поездов. Поэтому при эксплуатации мостов необходимо более тщатель-
но следить за состоянием проезжей части особенно старых мостов, рас-
положенных на грузо напряженных линиях.
Особую озабоченность вызывает низкая усталостная долговечность
отдельных узлов (зон) сплошностенчатых цельносварных балок. В
гл. 2 рассмотрены наиболее характерные усталостные повреждения,
возникающие в этих балках. Наиболее часто усталостные трещины по-
являются в стенках балок у концов сварных швов, прикрепляющих
вертикальные ребра жесткости. В отдельных случаях усталостные тре-
щины появлялись в течение первых двух лет эксплуатации.
Оценка усталостного ресурса сплошностенчатых цельносварных
пролетных строений железнодорожных мостов, спроектированных по
расчетным нормам 1947 г. под нагрузку Н8 и изготовленных в 50-х го-
дах из спокойной стали марки Ст. 3 (М16С), выполненная в МИИТе по
методике, рассмотренной в п. 7.2, показала, что их усталостная долговеч-
ность недостаточна. Так, в главных балках пролетом 23 м, кроме зон
у концов сварных швов поперечных ребер жесткости, сравнительно не-
большой усталостный ресурс с учетом перспективы повышения нагру-
зок имеют участки в местах приварки фасонок и ребер к стенке и ниж-
ним поясам, а также участки в стыковых швах листов нижних поясов.
Для отдельных зон усталостный ресурс в эталонных поездах при вероят-
ности безотказной работы Р > 0,999 колеблется от 36 000 до 5 00 000.
В качестЬе эталонного принят поезд, состоящий из трех восьмиосных
секций локомотива с нагрузкой на каждую ось 300 кН, и тридцати
восьмиосных полувагонов габаритаа Т с нагрузкой на ось 250 кН.
309
Сравнительно низкий уровень имеет усталостный ресурс сварных
продольных балок болтосварных пролетных строений, выполненных по
нормам СН 200-62 (Типовой проект Гипротрансмоста, инвентарный но-
мер 690). Например, минимальный усталостный ресурс для стенки у
нижних концов поперечных ребер жесткости продольных балок от воз-
действия только нормальных напряжений од составляет около 190 тыс.
эталонных поездов.
Переход в 1983 г. от сварных ребер жесткости к уголковым, при-
крепляемым высокопрочными болтами, позволил значительно повысить
усталостный ресурс продольных балок.
Обеспечение нормальной эксплуатации железнодорожных мостов
со сварными, болтосварными и клепано-сварными пролетными строения-
ми, в сварных элементах которых часто возникают усталостные трещи-
ны, — очень важная и сложная проблема. Для ее решения необходимо
иметь надежные оценки усталостного ресурса и прогноза развития уста-
лостных трещин, особенно перехода их в хрупкие разрушения; способы
повышения усталостного ресурса. Эти методы применительно к мосто-
вым конструкциям нуждаются в серьезной доработке или разработке.
Рассмотренные в настоящей главе способы оценки усталостной
долговечности позволяют с достаточной точностью производить оценку
усталостного ресурса многих сварных элементов и соединений мостов
при основных силовых воздействиях. Однако предстоит выполнить зна-
чительные разработки по учету влияния дополнительных воздействий
(локальных циклических изменений напряжений от местного воздей-
ствия нагрузок, вибраций, колебаний и др.),коррозии, остаточных на-
пряжений и т. п. на усталостную долговечность, а также собрать необ-
ходимые статистические данные для более полного решения задач по
оценке усталостного ресурса сварных элементов и соединений мосто-
вых конструкций.
Слабо разработаны критерии и оценки перехода усталостных тре-
щин в хрупкие разрушения, а следовательно, отсутствует одна из важ-
нейших оценок надежности этих конструкций.
Известные способы повышения усталостного ресурса сварных
стальных элементов и соединений: перераспределение остаточных на-
пряжений с целью создания сжимающих остаточных напряжений в зо-
нах возможного зарождения усталостной трещины, наклеп металла в
опасных зонах, снижение концентрации напряжений и другие известные
способы на эксплуатируемых мостах пока практически не применяют-
ся, хотя при разработке соответствующих методик они могли бы дать
значительный положительный эффект.
Существенное положительное влияние на усталостную долговеч-
ность сварных продольных и главных балок оказывает замена мостово-
го полотна на деревянных поперечинах на мостовое полотно с безбал-
ластной железобетонной плитой или с ездой на балласте, а также цент-
рирование передачи силовых воздействий с мостового полотна на пояса
балок.
310
Глава 8
РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ И ТРУБ
8.1.	Общие сведения
Нормальная эксплуатация мостов и труб не всегда может быть
обеспечена проведением ремонтных работ в процессе текущего содер-
жания. В связи с ростом грузонапряженности на железных дорогах,
возрастанием с каждым годом скоростей движения поездов, осевых на-
грузок, возрастом эксплуатируемых мостов и труб в ряде случаев воз-
никает необходимость в их капитальном ремонте или даже реконст-
рукции.
Под реконструкцией моста или трубы в общем случае понимает-
ся приспособление его (ее) к новым, изменившимся эксплуатацион-
ным нормам и требованиям. В частности, необходимость реконструк-
ции эксплуатируемых мостов возникает в связи с изменением основ-
ных характеристик сооружения: грузоподъемности, отверстия, стати-
ческой схемы, габаритов, числа путей, рода езды и др. Необходимость
таких работ вызывается в основном неудовлетворительным физиче-
ским состоянием несущих элементов моста, недостаточной их грузо-
подъемностью, а также изменением условий эксплуатации железной до-
роги или пересекаемого мостом водного или иного пути.
Впервые к работам по реконструкции железнодорожных мостов
в России приступили в конце XIX в. Ранее построенные на Петербург—
Московской железной дороге деревянные мосты были переустроены
на капитальные. В этих работах деятельное участие принимал проф.
Н. А. Белелюбский. В настоящее время для выполнения работ по ре-
конструкции рооружений созданы специализированные организации -
проектные и строительные. Реконструкция большинства искусствен-
ных сооружений (за исключением внеклассных и больших мостов)
осуществляется по комплексному проекту на. реконструкцию всего
участка (линии) железной дороги. Проектирование реконструкции
мостов ведется с учетом требований тех же нормативных документов,
которые обязательны и для проектирования новых мостовых соору-
жений. Специфическая особенность работ по капитальному ремонту и
реконструкции мостов — крайне стесненный фронт и в большинстве
случаев неизбежность ведения работ в условиях движения поездов,
что увеличивает их трудоемкость и требует затрат значительных мате-
риальных средств.
Особое значение имеет своевременное проведение реконструкции
мостов. Если мост реконструируется преждевременно, то это омертвля-
311
ет соответствующую часть средств и поэтому экономически невыгод-
но. К экономическому ущербу приводит также и запаздывание рекон-
струкции, так как несвоевременная подготовка моста к новым усло-
виям эксплуатации препятствует нормальной работе железнодорожной
линии или водного пути, который он пересекает.
Большой объем работ, выполняемых на железных дорогах различ-
ными мостостроительными организациями в разных условиях, позво
лйл создать целый ряд оригинальных и эффективных способов рекон-
струкции мостов.
Наиболее распространенным видом реконструкции мостов являет-
ся замена пролетных строений с частичным переустройством и усиле-
нием опор. Грузоподъемность эксплуатируемых мостов определяется,
как правило, грузоподъемностью пролетных строений. Опоры мостов
в большинстве случаев имеют достаточную грузоподъемность и при ре-
конструкции не требуют значительного переустройства. Пролетные
строения с неудовлетворительной грузоподъемностью либо усиляют,
либо заменяют новыми.
Решая Ьопрос о целесообразности усиления или замены пролетных
строений, следует учитывать ряд существенных факторов: конструктив-
ные особенности и физическое состояние пролетных строений (значи-
тельная коррозия металла, опасное развитие трещин, наличие сущест-
венных конструктивных недостатков и др.), существующие и перспек-
тивные условия эксплуатации моста, возможные объемы и способы
производства работ по повышению грузоподъемности пролетных строе-
ний. Окончательный выбор между усилением или заменой пролетных
строений решается путем анализа экономической эффективности того
или другого способа с учетом затрат, вызываемых стеснением движе-
ния поездов (снижение скорости движения поездов и предоставление
’’окон” для производства работ по усилению и замене пролетных строе-
ний).
Способ замены пролетных строений зависит от многих факторов и
в первую очередь от их длины. Пролетные строения малых длин, как
правило, заменяют с использованием стреловых и консольных кранов.
Пролетные строения длиной свыше 45 м заменяют продольно-попереч-
ной передвижкой с использованием фермоподъемников или плавучих
средств.
Организация и способы ведения работ по замене пролетных строе-
ний при реконструкции мостов аналогичны тем, которые применяются
при строительстве новых мостов. Однако необходимость, как правило,
сохранения движения поездов и требование минимального его ограниче-
ния вносят свою специфику. При реконструкции мостов с заменой про-
летных строений на судоходных реках необходимо, кроме того, учиты-
вать требования судоходства.
Для замены пролетных строений старых мостов, как правило, ис-
пользуют типовые пролетные строения современной проектировки. При
необходимости в них вносят соответствующие дополнения и изменения,
312
увязанные с принятой схемой моста. В отдельных случаях возможно
индивидуальное проектирование новых пролетных строений с макси-
мальным использованием типовых конструктивных решений.
Часто, изменившиеся условия эксплуатации участка (линии) желез-
ной дороги, на которой расположен мост, либо водного или иного пути
под мостом, приводят к необходимости осуществления сложных и доро-
гостоящих работ по переустройству сооружения. В связи со строитель-
ством вторых железнодорожных путей одним из таких видов работ
является переустройство однопутных мостов в двухпутные.
Особым видом реконструкции мостов являются работы, направ-
ленные на улучшение условий судоходства в соответствии с совре-
менными требованиями. При такой реконструкции ограничиваются,
как правило, увеличением высоты подмостовых судоходных габаритов
путем подъемки пролетных строений. Увеличение ширины судоходных
габаритов производят в редких случаях из-за большой стоимости и зна-
чительной сложности таких работ при обеспечении движения поездов
и судов.
Весьма распространена реконструкция мостов с ликвидацией
внутренней негабаритности пролетного строения. Это делается, напри-
мер, при электрификации линии, когда нужно подвесить контактный
провод или несущий трос внутри пролетного строения.
К распространенным видам реконструкции мостов относится так-
же переустройство мостового полотна для увеличения его долговеч-
ности и повышения безопасности движения поездов. Более прогрессив-
ным типом мостового полотна по сравнению с полотном на деревянных
брусьях является мостовое полотно с ездой на железобетонной плите
как с балластом, так и без балласта с непосредственным прикреплени-
ем рельсов к плите.
Редким видом реконструкции железнодорожных мостов является
устройство на них автомобильных проездов. Такое решение применяют
в исключительных случаях на основании тщательного технико-экономи-
ческого анализа и сравнения вариантов.
Причин, обусловливающих реконструкцию железнодорожных мос-
тов, много,и они весьма разнообразны. Разнообразны и конструктивные
решения, способы и методы организации работ по реконструкции мо-
стов.
8.2.	Экономическая оценка вариантов усиления или замены
пролетных строений
Экономическое сравнение вариантов усиления или замены пролет-
ных строений выполняется с учетом эффективности отдаления капиталь-
ных затрат и дополнительных затрат, вызванных стеснением движения
поездов на период работ.
313
Излагаемая ниже методика, разработанная НИИ мостов, основана
на сравнении вариантов по приведенным затратам. По этой методике
приведённые затраты включают в себя, кроме стоимости строительно-
монтажных работ, дополнительные расходы, вызванные снижением
скорости движения поездов и предоставлением ’’окон” для производ-
ства работ исходя из фактических или перспективных размеров движе-
ния, видов тяги и типов обращающейся поездной нагрузки и других
факторов.
Приведенные затраты рекомендуется определять по следующим
формулам:
при усилении пролетного строения с последующей его заменой
= А 0У+ S --------?	+ ---------- ;	(8.1)
(1 + ^нп) (1+Енп)	(1 + *нп) 2
при замене пролетного строения
f2 ct2
С3 = К3 + 2 --------------- ,	(8-2)
пр °	1 ЛХГ J
где Kq , единовременные затраты соответственно на усиление и замену про-
летного строения; Cf , С — ежегодные эксплуатационные расходы, включаю-
Г1 г2
щис амортизационные отчисления и затраты по текущему содержанию соответст-
венно усиленного и нового пролетного строения; / — срок службы усиленного
пролетного строения; t^ — t + 1 — срок, ограничивающий период суммирования
затрат по вариантам; t — период времени приведения в годах; — единовре-
менные затраты по замене усиленного пролетного строения новым, производимые
через Г лет (в частном случае	- норматив для приведения раз-
новременных затрат (£’нп = 0,08).
Единовременные затраты на усиление эксплуатируемого пролет-
ного строения определяются путем суммирования сметной стои-
мости строительно-монтажных работ Кус и дополнительных затрат, свя-
занных с ограничением скорости движения поездов /Сд и перерывов
движения поездов в ’’окно” КУч, т. е.
К-у = ку + Ку + Ку .	<8-3>
О с д пч
В свою очередь
Ку =С + С. + (К + К )Е + С .
а э б v м пс'н пч
(8-4)
314
rue Cg — дополнительные расходы, вызванные торможением и разгоном поездов;
Cg - дополнительные расходы на содержание поездных бригад; - увеличение
оборотных средств (отвлеченных в стоимость грузов, находящихся в пути следо-
вания) за счет ограничения скорости движения поездов в период работ по усилению
моста; - единовременные затраты, вызванные увеличением парка вагонов и
локомотивов; — нормативный отраслевой коэффициент эффективности;
Сга - затраты, вызванные дополнительной задержкой пассажиров в пути из-за огра-
ничений скоростей движения поездов.
Единовременные затраты по замене эксплуатируемого пролетного
строения определяются путем суммирования сметной стоимости строи-
тельно-монтажных работ К* за вычетом ликвидной стоимости старого
пролетного строения (стоимости возврата материала — например, стои-
мости металлолома) ЯГ’ и дополнительных затрат Я?ч, вызванных
простоем поездов в период действия ’’окна”, т. е.
/<•’=(№-№) + №. (8-5)
О v с п 7 пч
Единовременные затраты на замену усиленного пролетного строе-
ния новым Ку в формуле (8.1) определяют аналогичным путем.
Затраты, связанные с простоями поездов при предоставлении
’’окна” для замены эксплуатируемого пролетного строения ЯГ^ч и
ЯГ’ч, вычисляют по формуле
К = У N
пч пч г
(8.6)
Где	приведенная стоимость 1 ч простоя поезда; - количество поездо-
часов простоя за ’’окно”.
Ежегодные эксплуатационные расходы С и С на текущее
1	2
содержание усиленного и нового пролетного строения на t лет прини-
маются одинаковыми, так как при усилении пролетного строения, как
правило, производится полный восстановительный ремонт всех дефект-
ных элементов.
Для выбора наиболее рационального варианта реконструкции моста
следует сопоставить приведенные затраты по вариантам и принять для
осуществления тот из них, у которого они окажутся наименьшими.
Наряду с экономической оценкой при выборе варианта необходимо
учитывать и такие технические показатели пролетных строений, как
грузоподъемность, срок службы, реальное физическое состояние. Срав-
нивая варианты усиления и замены, следует особо учитывать грузона-
пряженность железнодорожной линии, так как дополнительные расхо-
ды, вызванные ограничением движения поездов на мосту и предостав-
лением ’’окон” на период производства работ, часто превышают «стои-
315
мость новых пролетных строений и составляют значительные суммы.
Поэтому в тех случаях, когда приведенные затраты по обоим вариан-
там получаются одинаковыми или близкими друг к другу, естественно
отдавать предпочтение варианту замены эксплуатируемых пролетных
строений новыми.
8.3.	Реконструкция мостов с заменой пролетных строений
Замена пролетных строений с помощью кранов. Из всех приме-
няемых на железных дорогах способов замены пролетных строений
самым распространенным является замена с применением кранов на же-
лезнодорожном ходу — стреловых и консольных. Обычно с помощью
консольных кранов производят замену пролетных строений длиной
до 45 м, а с йомощью стреловых — до 35 м. Однако в последние годы
на дорогах при реконструкции эксплуатируемых мостов эти краны
стали успешно использовать и при замене пролетных строений дли-
ной до 66 м и более. Выбор того или иного типа крана для замены про-
летных строений, помимо обеспечения необходимых его характеристик
(грузоподъемность, вылет стрелы, подстредовой габарит и т. д.), опре-
деляется в каждом конкретном случае технико-экономическим сопо-
ставлением конкурирующих вариантов с учетом всей совокупности
местных условий. При этом должны приниматься во внимание: длина
моста и схема разбивки его на пролеты; расстояние до соседних путей;
наличие на мосту, под мостом и на подходах к нему контактной сети
или ЛЭП; грузонапряженность линии; вид перевозок; план и профиль
железнодорожного пути на мосту и подходах к нему, включая пути
маневра и следования к мосту кранов, подстреловых платформ, локо-
мотивов, рабочих поездов и подвижного состава с конструкциями про-
летных строений и элементов опор; необходимость и трудоемкость
устройства вспомогательных опор для временной перегрузки пролет-
ных строений, опирания аутригеров кранов и т. п.; достаточность несу-
щей способности элементов моста при размещении на нем кранов.
Стреловые краны благодаря их большой маневренности (полнопо-
воротности в плане, изменению вылета и высоты стрелы) в сравнении
с консольными, особенно неповоротными, применимы не только для
демонтажа старых и установки новых пролетных строений, но и для вы-
полнения ряда сопутствующих грузовых операций с основными и вспо-
могательными конструкциями. На практике чаще используются краны
ЕДК-2000 и ЕДК-1000 грузоподъемностью соответственно 200 и 125 т,
Работы по замене пролетных строений мостов стреловыми желез-
нодорожными кранами должны выполняться с соблюдением требова-
ний соответствующих руководящих и нормативных документов.
Подъем и перемещение грузов кранами должны производиться в соот-
ветствии с проектами производства работ (ППР) или технологически-
316
Рис. 8.1. Технологическая схема замены пролетного строения одним краном:
1 — тележка для перевозки пролетного строения; 2 — железнодорожный стрело-
вой кран; 3 — траверса; 4 — убираемое старое (устанавливаемое новое) пролет-
ное строение; 5 — клетки под аутригеры крана; 6 — временная опора под новое
пролетное строение; 7 — временная опора под старое пролетное строение; I -
вылет стрелы; 7 пс — расчетная длина пролетного строения
ми картами, в которых приведены схемы строповки и перемещения
грузов с указанием последовательности выполнения операций, а также
требования к подготовке и состоянию пути для пропуска и установки
кранов.
Замена пролетных строений при реконструкции мостов в усло-
виях сохранения движения поездов с использованием стреловых кра-
нов разрешается при установке кранов с максимальной базой внеш-
них аутригеров и с применением внутренних аутригеров. При замене
пролетных строений однопролетных мостов наиболее часто приме-
няются стреловые полноповоротные краны на железнодорожном хо-
ду. Работы могут выполняться одним или двумя кранами в зависимо-
сти от массы пролетного строения.
При работе одним краном (рис. 8.1) новое пролетное строение,
заранее подготовленное для установки на мост, грузят краном на плат-
формы или специальные тележки и подают вместе с краном к месту
установки. Кран приводят в рабочее положение (устанавливают на
аутригеры, навешивают противовесы и т. д.). После этого краном сни-
мают заменяемое пролетное строение, устанавливая его на временные
317
Рис. 8.2. Технологическая схема замены пролетного строения двумя кранами
на двухпутном участке:
1, 2 — железнодорожные краны грузоподъемностью 7S т; 3,4 — железнодорожные
платформы грузоподъемностью 60 т под старое пролетное строение; 5 — железно-
дорожная платформа с новым пролетным строением
опоры за пределы габарита приближения строений, заменяют при необ-
ходимости подферменники, устанавливают, если требуется, блоки на-
ращивания устоев по высоте. Затем краном устанавливают на опоры
новое пролетное строение целиком или поблочно.
При замене пролетных строений двумя железнодорожными кра-
нами возможны два варианта организации работ. На двухпутном участ-
ке краны работают на пути, где расположено заменяемое пролетное
строение, а новое строение доставляется по соседнему пути (рис. 8.2).
При этом требуется предоставление ’’окон” одновременно по обоим
путям перегона: основное ’’окно” на 5—6 ч для пути с заменяемым про-
летным строением и вспомогательное на 2,5—3 ч для соседнего пути
на время подачи и уборки пролетных строений.
На однопутном участке (или при невозможности занятия второго
пути на двухпутном участке) новое пролетное строение доставляют
к мосту на платформе одновременно с двумя стреловыми кранами,
которые располагаются по обоим концам от платформы (рис. 8.3).
Затем с помощью этих кранов новое пролетное строение выгружают
рядом со старым на временные опоры. Дальнейшие операции по де-
монтажу старого пролетного строения и установке нового выполняют-
ся в зависимости от продолжительности предоставленных ’’окон”:
318
одного ’’окна” продолжительностью 8—10 ч или двух ’’окон” по 3—4 и
5—6 ч каждое.
Для замены в одно ’’окно” (8—10 ч) после выгрузки нового про-
летного строения на временные опоры порожние платформы с одним
из кранов убирают локомотивом на станцию, а кран возвращают на
мост для продолжения работ. В это время вторым краном, если позво-
ляет его грузоподъемность, снимают с устоев старое пролетное строение
и грузят на платформы, которые расположены сзади крана, или уста-
навливают на временные опоры рядом с мостом с последующей его
уборкой с перегона в отдельное ’’окно”. Затем оба крана снимают но-
вое пролетное строение с временных опор и устанавливают его на опо-
ры моста.
При двух ’’окнах” краны после выгрузки у моста нового пролет-
ного строения возвращаются в составе рабочего поезда на станцию и
перегон открывается для движения. Замена старого пролетного строе-
ния новым производится во второе ’’окно” (5—6 ч) по технологии,
описанной выше.
В зависимости от местных условий возможны и иные варианты за-
мены пролетных строений однопутных мостов и береговых пролетов
многопролетных мостов.
Рис. 8.3. Технологическая схема замены пролетного строения двумя кранами на
однопутном участке:
1 — деревянные рамно-лежневые подмости; 2 — старое пролетное строение на под-
мостях; 3 — новое пролетное строение на подмостях; 4 — аутригерные клетки
319
В мно го пролетных мостах возможность использования стреловых
кранов для замены русловых пролетных строений ограничивается из-за
опасения их перегрузки и низкой поперечной устойчивости стреловых
кранов в процессе работы. Однако на дорогах разработаны и нашли ши-
рокое применение способы замены мостовых конструкций стреловыми
кранами на многопролетных мостах. В этом случае стреловые краны
устанавливают на соседних пролетных строениях, а для установки аутри-
геров в русле реки используют металлоконструкции опор временных
мостов или специальные инвентарные опоры из металлических труб
большого диаметра, объединенных между собой продольными и попе-
речными связями в единую жесткую пространственную конструкцию.
Такая технология работ позволяет с одной стоянки кранов осущест-
вить выгрузку пролетного строения в русло реки (при замене цельно-
перевозимых пролетных строений), демонтаж старого пролетного
строения и установку на его место нового. При соответствующей органи-
зации работ все необходимые операции можно осуществить в одно
’’окно”, чем достигается экономия затрат на использование кранов,
сокращается перерыв в движении поездов и соответственно уменьша-
ются дополнительные затраты, вызванные стеснением движения по-
ездов,
Эффективно стреловые краны могут быть также использованы
для одновременной замены двух пролетных строений. Пролетные строе-
ния (длиной до 45 м) предварительно с помощью типовых соедини-
тельных элементов объединяют в единую конструкцию — сцеп. Затем
с помощью двух кранов ЕДК-2000 их снимают с опор и опускают в
русло реки. После этого с помощью этих же кранов, находящихся на
подходах к мосту, с одной стоянки устанавливают одновременно два
новых пролетных строения, предварительно смонтированных парал-
лельно ори моста на низком основании.
При оценке целесообразности применения стреловых кранов необ-
ходимо учитывать, что габаритные размеры таких кранов по высоте и
ширине при развороте поперек пути превышают габарит С, а для их
устойчивости при работе необходима установка аутригеров. В связи
с этим в процессе работы возникает необходимость демонтажа (или
отвода за габарит) с последующим восстановлением, контактной сети
на электрифицированных участках, ограждение путей, не только заня-
тых краном, но и соседних, когда нарушен габарит приближения строе-
ний, что вызывает увеличение продолжительности ’’окон” и др.
Конструкция консольных кранов этих недостатков не имеет. Среди
консольных кранов наиболее широко распространены неповоротные
(типа ГЭК-80 грузоподъемностью 80 т). Реже при реконструкции мос-
тов используются поворотные краны типа ГЭПК-130 грузоподъемно-
стью 130 т, так как парк их в настоящее время малочислен. В транспорт-
ном положении на прямом участке пути стрела крана с подвешенным
к нему пролетным строением не нарушает габарита (если подвешенное
320
к консоли пролетное строение само является габаритным). В кривых
участках пути как при работе крана, так и при его следовании с подве-
шенным пролетным строением следует учитывать вынос стрелы за ось
пути.
При работе консольных кранов по замене пролетных строений на
электрифицированных участках в обычных условиях демонтаж кон-
тактного провода не требуется, следует лишь обесточить его.
Неповорогные консольные краны демонтируют и устанавливают
пролетное строение или его блок по оси пути, а поворотный консоль-
ный кран ГЭПК-130 может выносить подвешенное пролетное строе-
ние (блок) в сторону от оси подкранового пути на расстояние до 5,3 м.
Поэтому при установке (снятии) пролетных строений неповоротными
консольными кранами требуется поперечная их передвижка на опорах
моста, выполняемая чаще всего домкратами.
Безопасность движения консольных кранов с грузом по железно-
дорожным путям предъявляет к конструкции пути повышенные тре-
бования ввиду большой нагрузки от колесной пары на рельсы и необ-
ходимости обеспечения устойчивости крана. В связи с этим число шпал
на 1 км пути должно быть не менее 2000, а возвышение наружного
рельса в кривых участках пути не должно превышать 80 мм.
Для предотвращения вредного воздействия высоких нагрузок кон-
сольного крана с грузом на железнодорожный путь для подвозки новых
пролетных строений могут быть использованы специальные сборно-
разборные малогабаритные тележки грузоподъемностью 70 т проекти-
ровки Ленгипротрансмоста.
Кранами Г ЭК-80 можно заменять железобетонные пролетные строе-
ния пролетом до 27 м и массой до 100 т, металлические пролетные
строения длиной до 34,2 м и массой до 80 т. Максимальная грузоподъ-
емность крана при работе двумя полиспастами с относительно корот-
кими грузами 110т.
Поворотный консольный кран ГЭПК-130 предназначен для установ-
ки железобетонных пролетных строений мостов пролетом более 18 м
и массой до 130 т, а также металлических пролетных строений с ездой
понизу пролетом до 45 м и массой .до 125 т. Кран имеет инвентарный
комплект строповочных приспособлений для строповки железобетон-
ных (поблочно и целиком) и металлических пролетных строений.
В последние годы при реконструкции мостов получает распростра-
нение прогрессивный способ монтажа новых пролетных строений круп-
ными пространственными блоками. Этот способ позволяет с помощью
консольного крана ГЭПК-130 устанавливать сквозные пролетные строе-
ния с ездой понизу пролетом 55 и 66 м при расчленении каждого из них
на два блока.
В практике реконструкции мостов при замене пролетных строений
нередки случаи использования на одном объекте набора кранов (стре-
ловых и консольных) в различных комбинациях: консольный кран де-
1 1 Зак. 1188
321
монтирует старое пролетное строение, а стреловой (один или два) кран
устанавливает новое и наоборот. Освоены способы замены пролетных
строений с помощью двух синхронно работающих консольных кранов,
путеукладочных (УК-25/9 и УК-25/9-18) и стреловых крапов и др.
Для замены пролетных строений небольших размеров (до 18 —23 м)
иногда применяют специальный балочно-консольный кран БКЭ-160,
изготовленный по проекту мостового бюро ЦП МПС. Достоинство
этого крана состоит в том, что с его помощью с одного захода возмож-
на смена старого пролетного строения и установка нового. Между ходо-
выми тележками крана к его несущей балке (рис. 8.4) на станционных
путях подвешивают новое пролетное строение и в таком положении
всю систему подают в пролет и устанавливают в начальное положение.
После демонтажа рельсового пути на подлежащем замене пролетном
строении последнее поднимают и кран передвигают вперед на необхо-
димое расстояние. Затем новое пролетное строение опускают в осво-
бодившееся место. После восстановления пути кран уводят с моста на
станцию. Остальные пролетные строения заменяют в такой же последо-
вательности: Указанная технология замены по сравнению с поперечной
передвижкой или поэтапной доставкой нового пролетного строения
ускоряет монтаж, уменьшает потребность в дополнительных обустрой-
ствах и сокращает продолжительность ’’окна” до 3—4 ч.
Для успешной замены пролетных строений в путепроводах, пере-
секающих городские магистрали, целесообразно, кроме обычно при-
Рис. 8.4. Технологическая схема замены пролетного строения балочно-консоль-
ным краном:
Л Ч — этапы замены; 1, 2 — соответственно новое и заменяемое пролетные строе-
ния; 3 — балочно-консольный кран
322
Рис. 8.5. Технологическая схема замены пролетного строения методом поперечных
и продольных передвижек:
/ — III — этапы работ; 1 — временные опоры; 2, 5 — соответственно новое и ста-
рое пролетные строения; 3 — устой; 4 — пирс; 6 — положение старого пролетно-
го строения после продольной передвижки
меняемых кранов на железнодорожном ходу, использовать и автомо-
бильные краны большой грузоподъемности (’’Като”, ’’Либхерр” и др.).
Они, работая ”с поля”, могут ускорить работу и снизить дополнитель-
ные расходы, вызванные стеснением движения поездов на путепроводе
и городского транспорта под ним.
Метод поперечной надвижки пролетных строений. Этот метод при-
меняют при замене больших пролетных строений. Сущность его заклю-
чается в том, что старое пролетное строение по специально устраивае-
мым пирсам сдвигается поперек оси моста (рис. 8.5), а на его место
поперечной же передвижкой устанавливается новое пролетное строение,
которое может быть смонтировано параллельно оси моста любым из
известных в строительстве мостов способов:
II*
323
Рис. 8.6. Схема фермоподъемника конструкции Гипротранспути:
1 — ось опорного узла пролетного строения; 2 — домкрат; 3 — переставной сто-
лик; 4 — домкратная балка; 5 — страхующая балка
а)	на подходах с последующей продольной надвижкой: по времен-
ным опорам (отдельными пролетными строениями или их сцепами);
с использованием плавучей опоры; с перекаточными опорами, пере-
мещаемыми по специальным подмостям; по льду в зимнее время года;
б)	полунавесным или навесным способом: с временными опорами;
без временных опор с анкерным пролетом, собираемым на берегу; со
шпренгелем;
в)	на сплошных подмостях и др.
Выбор целесообразного способа замены пролетного строения опре-
деляется на основе технико-экономического анализа конкурентоспо-
собных решений с учетом местных условий, режима реки, грузонапря-
женности участка железной дороги, оснащенности мостостроительной
организации и др.
Замена пролетных строений комбинированным способом. На прак-
тике мостостроительные организации чаще всего используют комбини-
рованный способ замены пролетных строений средних и больших проле-
тов, включающий их продольные и поперечные передвижки. При этом
конструкции заменяют либо попролегно, либо в сцепе — старые про-
летные строения сцепляют с новыми на всю длину моста ис-
ходя из продолжительности предоставляемых ’’окон”. Технология
работ по замене пролетных строений предусматривает: сборку нового
324
пролетного строения на подходе параллельно оси моста; устройство на-
каточных приспособлений; устройство тяговых (толкающих) и тор-
мозных приспособлений; продольную (вдоль оси моста) передвижку
собранного пролетного строения по временным перекаточным опорам,
устраиваемым обычно с применением инвентарных конструкций; попе-
речную (поперек оси моста) выкатку заменяемого пролетного строения
по специальным пирсам, размещаемым, как правило, по концам про-
летного строения; поперечную перекатку нового пролетного строения
на место заменяемого с предварительным переустройством (при необ-
ходимости) подферменных площадок опоры; установку нового про-
летного строения на опорные части с предварительным демонтажом на-
каточных приспособлений; уборку старого пролетного строения; де-
монтаж технологических обустройств (временных опор, пирсов и т. д.).
Выбор уровня сборки нового пролетного строения как на подходе
к мосту, так и в русле реки зависит от высоты моста. В случае неболь-
шой высоты моста, при малых глубинах воды в реке, отсутствии судо-
ходства, слабом ледоходе и др. сборку нового пролетного строения
целесообразно вести в одном уровне со старым. При значительной высо-
те моста и большой глубине воды в реке монтаж нового пролетного
строения обычно ведется в низком уровне с последующей его подъем-
кой домкратами или фермоподьемниками на необходимую высоту.
Существующие конструкции фермоподъемников (рис. 8.6) позволяют
поднимать пролетное строение на высоту до 30- 35 м.
Поперечная передвижка старого и нового пролетных строений вы-
полняется в ’’окно” по тщательно разработанному графику, учитываю-
щему весь набор работ и трудозатраты. Пролетные строения передви-
гаются поперек оси моста по специальным пирсам, аналогичным по кон-
струкции временным перекаточным опорам, используемым для про-
дольной надвижки. Для сокращения продолжительности работ приме-
няют различные решения. Например, при замене пролетного строения
на эксплуатируемом мосту поперечную передвижку старого и нового
пролетных строений осуществляют одновременно, предварительно
жестко объединив их между собой. Эта мера позволяет сократить про-
должительность ’’окна” на несколько часов.
При продольной и поперечной передвижке накаточные приспособле-
ния применяются, как правило, на катках. Известны случаи передвижки
с помощью вагонных тележек и др. Получившие в последние годы ши-
рокое распространение устройства скольжения с использованием анти-
фрикционных материалов (фторопласта, нафтлена и др.) не оправдали
ожиданий. Такие устройства нуждаются в сооружении жестких, неде-
формирующихся перекаточных подмостей, так как в процессе пере-
движки из-за возникающих деформаций происходит задирание анти-
фрикционной пластины, и мощности тяговых механизмов часто ока-
зывается недостаточно для перемещения пролетных строений, что при-
водит к срыву работ в ’’окно”.
325
Рис. 8.7. Фермоподъемник, применяе-
мый при реконструкции моста:
1 — окна для опирания обойм через
выдвижные вкладыши; 2 — нижние
обоймы; 3 — винтовые страховочные
устройства; 4 — траверса; 5 — верхние
обоймы; 6 — гидравлические домкра-
ты; 7 — трубы-стойки; 8 — продольные
рамы; 9 — катки
Замена пролетных строений с применением плавучих опор. Этот
способ экономически целесообразен при замене нескольких (обычно
трех или более) однотипных металлических пролетных строений сред-
них и больших пролетов при интенсивном судоходстве.
При таком способе необходимо иметь две плавсистемы: одну для
снятия старых (заменяемых) пролетных строений и перевозки их на
берег (пирсы) для последующей разборки, а другую для доставки но-
вых пролетных строений в пролет и установки их на постоянные опоры
моста.
Новое пролетное строение, собранное на берегу, в зависимости от
уровня поперечной перекатки по пирсам устанавливается (перегружает-
ся) на плавсистему с помощью фермоподъемников или непосредственна
на плавучие опоры, введенные методу пирсами.
Специалистами Мостотреста и Гипростроймоста разработана кон-
струкция фермоподъемника, позволяющая поднимать и перевозить про-
летные строения в процессе замены (рис. 8.7).
Замена пролетных строений на плаву позволяет экономить мате-
риалы на вспомогательных сооружениях и сокращает необходимое
’’оконное” время в 2—2,5 раза по сравнению с известными способами
продольной и поперечной передвижки.
Важное место в процессе замены пролетных строений, определяю-
щем во многом продолжительность ’’окон”, занимают работы по убор-
ке старого пролетного строения. Обычно заменяемое пролетное строе-
ние поперечной передвижкой выкатывается со своего места, а затем
продольной передвижкой выводится за пределы моста по временным
326
опорам с последующей разборкой на берегу. Для эвакуации старого
пролетного строения возможно использование стреловых и консольных
кранов, с помощью которых пролетное строение либо вывозится за пре-
делы моста, либо опускается вниз на специально подготовленные пло-
щадки в русле реки. Оно также может быть снято с помощью качающих-
ся шарнирных опор. В последние годы все охотнее прибегают к сбрасы-
ванию отслужившего пролетного строения в реку с последующей раз-
резкой и вывозкой конструкций по частям. Старое пролетное строение
может быть сброшено либо непосредственно с постоянных опор, либо
с перекаточных пирсов с помощью электролебедок, направленного
взрыва и др. Этот способ имеет широкое распространение, особенно при
уборке пойменных пролетных строений. Сбрасывание русловых про-
летных строений приводит к сложной последующей разборке пролет-
ного строения в случае значительной глубины воды. Для предотвращения
затопления сбрасываемого пролетного строения необходимо проводить
сбрасывание в зимнее время при достаточной толщине ледового покро-
ва; кроме того, лед рекомендуется проармировать тросовой арматурой
вмораживанием ее в лед. В этом случае сброшенное пролетное строение
остается на поверхности льда, что значительно облегчает его разборку.
Сбрасывание пролетного строения непосредственно с опор представляет
определенную опасность с точки зрения сохранности облицовки постоян-
ных опор и требует сложной их обстройки. Поэтому чаще сбрасывание
производят после предварительной поперечной передвижки пролетного
строения. В этом случае пролетное строение предварительно поднимают
домкратами и опускают на заранее устроенные пути скольжения (пир-
сы), по которым перемещают на расстояние 10—15 м от оси действую-
щего пути. Перемещение осуществляется с помощью гидравлических
домкратов с выходом штока до 1 м. На оси сбрасывания располагают
временные опоры, конструкция которых должна позволять осуществить
сбрасывание быстро и безопасно. Рациональным является сбрасывание
пролетного строения вместе с временными опорами. Тяговым механиз-
мом для сбрасывания служат лебедки, расположенные на безопасном
расстоянии.
8.4.	Реконструкция моста в связи с изменением числа путей
и подмостового габарита
Реконструкция мостов из-за увеличения числа путей вызывается
необходимостью увеличения их пропускной способности. При гаком
видерек&нструтсциицасто строят новый мост под второй путь, распола-
гая его от ост существующего пути на расстоянии 20—25 м. Это реше-
ние обеспечивает благоприятные условия для строительства моста под
второй путь и не нарушает эксплуатацию существующего. Вопрос прак-
тически сводится к строительству нового моста и правильнее в таких
327
Рис. 8.8. Схемы уширения опор на общем (а) и на раздельных (б) фунда-
ментах:
1 — старая кладка; 2 — анкеры;; 3 — новая кладка; 4 — бетонная шпон-
ка; 5 — деформационный шов; 6 — пристроенная часть фундамента
случаях говорить не о реконструкции моста, а о реконструкции мосто-
вого перехода. Если позволяют условия, мост под второй путь целе-
сообразно расположитьс низовой стороны, сооружая опоры на^амо^
стоятельных фундаментах~~в~'створё~с~существующими,~чтббБг~не"ухуд-
шать гидрологию мостового перехода и условиясудоходства. Сопоры
нового моста при этом устрайваюТпростой закругленной формыгбез
ледорезов.	----------==
На эксплуатируемых мостах старой достройки промежуточные
опоры во многих случаях имеют пологие ледорезы на развитых фунда-
ментах и в определенных условиях оказывается технически возможным
и экономически целесообразным использовать их дляприсгройки опор
под второй путь. С этой целью облицовку~опоры и часть существующей
кладки ледореза, расположенную ^вьппе обреза-фундамента, разбирают
~й~на~ёё месте возводят из монблитного~Ветона надстройку под второй
путь. Для качественного соединения старой и новой кладки устраивают
пщнбы, металлические анкеры из рельсов, арматуры и т.п, (рис.8 J8,а).
Поверху старую и новую части опоры следует объединить общим желе-
зобетонным прокладником.
«Если длина ледореза недостаточна для уширения, то новую при-
страиваемую часть располагают на отдельном фундаменте (рис. 8.8, б).
328
Седбодгтосадка новойчасти опоры по отношению к старой обеспечи-
вается путем устройства вертикального деформационного шва, кото-
рый заделывается после сооружения опоры и установки новых пролет-
ных строений. Совместность работы старой и новой частей опоры обес-
печивается постановкой в деформационном шве мощной вертикальной
бетонной или железобетонной шпонки, а также металлических анкеров.
Наибольшую сложность представляет пристройка второго устоя
в непосредственной близости к существующему. Устои с обратными
стенками обычно уширяют путем пристройки передней и одПойщбрат-
нойстёнки, необходимой для поддержания^грунтад{ового упкоса кону-
са. При этом новая пристраиваемая часть устоя отделяется от сущест-
вующей сквозным вертикальным швом для возможности свободной
осадки. Работы выполняются с ограждением откосов насыпи времен-
ными-деревянными стенками, а чаще всего металлическим шпунтом.
Для упрощения работы и во избежание повреждения существующего
устоя^трибегают~к~удлинению моста второго пути, вынося новые устои
в насыпь и расположив их вне ^пределов старых устоев. В некоторых
~спучаях, например для обсыпных устоев, в теле старых насыпей новые
устои сооружают с использованием свай, свай-оболочек или буровых
свай, образующих фундамент типа высокого ростверка. Такое решение
позволяет избежать специального укрепления насыпи. Участок насыпи,
удаляемый для сооружения устоя под второй путь, обычно перекрыва-
ют разгрузочным пакетом, опирающимся одним концом на старый
устой, а другим — на клетку из шпал, поставленную на насыпы_?
Однако в случае использования специального строительного обору-
дования возможно при высоких (10—14 м) насыпях и ширине между-
путья не менее 4,2 м сооружение устоев под второй путь без разгружаю-
щих пакетов и разработки котлованов под их прикрытием^ Например,
При строительстве одного железнодорожного моста под второй путь был
использован буцоВой агрегат ’’KaToJHQVS”, с помощью которого
рядом с существучощий устоем'йыл сооружен новый устой на бурона-
бивных сваях диаметром 1,5 м (рис. 8.9). Принятая технология позво-
'лила выполнить весь комплекс работ по сооружению фундаментов
устоев в сжатые сроки без прекращения-движения, по.существующему,
пути.
~ При уширении опор существующего моста под Втошй_дуть, а также
и при других видах реконструкции,достаточно бывает провести ремонт
старой кладки или ее .усиление с учетом принятого порядка производ-
ства работ и необходимого объединения частей опор ^старой и новой)
в единую конструкцию.
л~~~ Малые мосты могут быть уширены под второй, путь пристройкой
водопропускной трубы. На одной из грузонапряженных линий к экс^
"плуатируемому мосту пролетом 3x7,5 м пристроили трехочковую трубу
из железобетонных элементов прямоугольного сечения (рис. 8.10).
Ее соорудили с низовой стороны водотока. В проекте предусмотрели,
329
Рис. 8.9. Новый устой на буронабивных сваях:
1 — ось нового пути; 2 — ось существующего пути; 3 — сохранившаяся часть
устоя старого моста; 4 — песчаник мелкозернистый, R — 0,5 МПа; 5 — песок мел-
кий водонасыщенный средней плотности с галькой и гравием до 10 %, R = 0,5 МПа
чтобы при нормальном расходе воды работало только среднее очко.
Фундаменты были выполнены раздельными, причем при постройке каж-
дого из них водоток направляли через соседнее очко. Таким же обра-
зом ’’уширили” еще один мост, но уже четырехпролетный. Монтаж эле-
ментов пристраиваемых труб вел кран ЕДК-300, стоящий на пути.
Рис. 8.10. Водопропускная труба под второй путь:
1, 7 — фундаменты оголовков; 2 — звено трубы; 3 — существующее пролетное
строение; 4 — гидроизоляция и защитный слой бетона; 5 — бордюрный камень;
б - оголовок; 8 — железобетонный фундамент
330
Рис. 8.11. Мост до переустройства (а) и после него (6)
В большинстве случаев нри уширении малых и средних мостов
под второй путь сохраняют существующую разбивку на пролеты. Одна-
Kof на несудоходных реках возможно и изменение схемы моста путем
постановки дополнительных опор и установки на них новых пролетных
строений меньших длин, что позволяет снизить нагрузку на старые
6порьйрй> судоходных реках разбивку на пролеты судоходного участ-
ка реки, как правило, не меняют, сохраняя существующую.
На рис. 8.11 показан однопролетный мост, расположенный на двух-
путном участке, переустроенный в двухпролетный.) Наибольшую слож-
ность при таком переустройстве вызывают работы, связанные с соору-
жением промежуточных опорш русле реки, особенно при ограниченных
размерах подмостового габарита. В таких случаях может быть исполь-
зована сборно-монолитная опора (рис. 8.12).
В определенных условиях возможны и другие варианты уширения
существующего моста под второй путь. Йапример, в мостах старой
проектировки, все отверстие которых обычно перекрывалось пролет-
ными строениями большой длины, возможна перестановка части про-
летных строений из поймы в судоходную часть реки. Взамен снятых на
Рис. 8.12. Конструкция сборно-монолит-
ной промежуточной опоры:
1 — существующая русловая опора мос-
та под соседний путь; 2 — железобетон-
ный подферменник; 3 — железобетон-
ная опалубка тела опоры; 4 — рост-
верк; 5 — бездонный ящик; 6 — тампо-
нажный слой; 7 — металлическая свая-
оболочка; 8 — монолитный железобетон
331
пойме после сооружения дополнительных опор устанавливают новые
пролетные строения с ездой поверху. Естественно, реконструкция мос-
та по такой схеме возможна, если не будут нарушены сложившиеся
гидрологические условия эксплуатации моста, а существующие про-
летные строения находятся в удовлетворительном состоянии и имеют
необходимый запас по грузоподъемности.
На участках /с высокой грузонапряженностью движения возможно
переустройство существующих совмещенных мостов под двухпутное
железнодорожное движение с полным или частичным закрытием авто-
проезда^ (рис. 8.13). Выбор наилучшего варианта завистгГот грузоподъ-
емности элементов пролетных строений и определяется на основе тех-
нико-экономического анализа рассматриваемых решений с учетом
местных условий. Выполненные расчеты показывают, что в случае лик-
видации автопроезда н пешеходного движения и устройства второго же-
лезнодорожного пути минимальная грузоподъемность основных элемен-
тов пролетных строений с ездой понизу длиной 207, 138, 66 м достаточ-
на для пропуска поездной нагрузки 95—110 кН/м; в случае сохранения
автомобильного и пешеходного движения на консоли потребуется уси-
ление элементов ферм.
Реконструкция мостов в связи с изменением подмостового га-
барита вызывается необходимостью увеличения ширины и (или) высо-
ты подмостового габарита. Увеличение судоходных пролетов эксплуати-
руемых пролетных строений производят в редких случаях из-за высокой
стоимости работ и сложности их осуществления. На практике, как пра-
вило, ограничиваются увеличением высоты подмостовых габаритов
путем подъемки пролетных строений. Помимо подъемки пролетных
строений для увеличения подмостового габарита на мостах с ездой по-
верху, прибегают к замене пролетных строений, используя пролетные
строения с ездой понизу (при достаточной ширине существующих опор
или незначительном их переустройстве), применение которых позволяет
Рис. 8.13. Схема совмещенного моста до
переустройства (о) и после него (б):
1, 2 — главные фермы
332
Рис. 8.14. Схемы увеличения подмостового габарита моста:
а — мост до реконструкции; б — мост после реконструкции с увеличенными ши-
риной и высотой судоходного габарита; в — мост после реконструкции с увеличен-
ной высотой судоходного габарита; 1 — надстраиваемые части опор; 2 — фунда-
мент разобранной опоры
в некоторых случаях не только повысить высоту подмостового габарита,
но и увеличить размер судоходного пролега (рис. 8.14).
В малых и средних мостах небольшое увеличение высоты подмосто-
вого габарита осуществляется путем подьемки пролетных строений
с временных опор, после чего существующие опоры наращивают и про-
летные строения опускают на новые опорные площадки. Подъемка про-
летных строений производится преимущественно домкратами или кра-
нами. Ее производят, используя ’’окна” в графиках движения поездов.
В случае большого увеличения высоты подмостового габарита или
значительных размеров пролетных строений подъемку выгоднее вести
с существующих опор с последующей их надстройкой (рис. 8.15). Про-
летные строения поднимают гидравлическими домкратами по всей
длине моста в ’’окна” отдельными приемами с высотой подъема за
каадый раз 10-15 см. Одновременно поднимают и путь на подходах
к мосту. Домкраты ставят под опорными поперечными балками в про-
летных строениях с ездой понизу или под специальными поперечными
балками в опорных узлах пролетных строений с ездой поверху. В зави-
симости от массы поднятую конструкцию временно опирают на сбор-
ные металлические стойки со связями, клетки из прокатных балок или
железобетонных брусьев. Таким способом поднимают пролетные строе-
ния на высоту до 2—3 м. Для подъемки пролетных строений на большую
333
/
Рис. 8.15. Схемы подъемки пролетного строения и деталь клетки для наращивания
опор:
I — III — этапы работ; 1 — клетки из железобетонных брусьев; 2 — страховочный
пакет из рельсов; 3 — тепляк; 4 — гидравлический домкрат; 5 — опалубка;
6 — железобетонные шпалы; 7 — цементный раствор
334
Рис. 8.16. Схема подъемки пролетных строений с применением временных под-
вижных опор:
1 — наддомкратные пакеты из двутавровых балок; 2 — страховочные клетки;
3 — деревянные бруски-клинья; 4 — страховочные башмаки; 5 — гидравлические
домкраты
высоту в отдельных случаях могут быть использованы специальные
фермоподъемники. После окончания подъемки верх опоры бетонируют.
В зависимости от физического состояния кладки опоры и подферменной
площадки верх опоры конструктивно оформляют либо в виде железо-
бетонных стоек, либо в виде сплошного оголовка. Возможны и другие
решения. Металлические стойки или клетки, служащие для подъемки,
можно забетонировать, используя их в качестве жесткой арматуры.
При проведении электрификации железнодорожных линий часто
возникает необходимость в увеличении подмостового габарита эксплуа-
тируемых путепроводов. Потребность в такой работе также возникает
из-за опасения механического повреждения низа пролетного строения
вследствие нарушения габаритности. Способы ликвидации негабарит-
ности путепроводов (с изменением уровня проезда на них или без этого)
аналогичны описанным выше. Это, как правило, либо подъемка су-
ществующих пролетных строений, либо установка новых пролетных
строений с пониженной строительной высотой.
Однако нередко конструкция пролетных строений и верха опор
существующих путепроводов не допускает размещения подъемных
устройств (домкратов), а близость действующих железнодорожных
путей не дает возможности возведения временных опор для подъемки
пролетных строений без закрытия по ним движения. В этом случае про-
летные строения поднимают гидравлическими домкратами, установ-
ленными на временных подвижных опорах (рис. 8.16). При соответ-
ствующей организации работ подъемку всех пролетных строений на за-
данную высоту и их опирание на новые подферменные площадки можно
осуществить одновременно в одно ’’окно” при движении транспорта по
путепроводу и под ним.
Определенные сложности возникают при подъемке пролетных
строений в путепроводах сложных статических систем (неразрезных,
335
рамных, арочных). Реконструкция таких путепроводов требует значи-
тельных затрат материальных средств и времени. Однако в последние
годы мостостроительные организации разработали соответствующие
способы производства работ, позволяющие эффективно проводить их
реконструкцию.
8.5.	Прочие виды реконструкции мостов
Реконструкция пролетных строений с увеличением их внутренних
размеров. В процессе эксплуатации металлических пролетных строений
с ездой понизу нередко возникает необходимость в изменении их внут-
реннего очертания — габарита приближения строений. Доведение внут-
ренних размеров пролетного строения до значений, предусмотренных
нормами габаритной проходимости современного и перспективного
подвижного состава, чаще всего вызывается условиями подвески кон-
тактного провода или несущего троса внутри пролегйого строения при
электрификаций линии и осуществляется увеличением вертикальных
(высотных) размеров пролетных строений. Для ликвидации внутренней
негабаритности по высоте обычно требуется переустроить порталы и
верхние поперечные связи между главными фермами пролетных
строений.
Наиболее распространенной схемой такого переустройства является
перенос заполнения портальных рам в плоскость первых подвесок
(стоек), а поперечных распорок — в плоскость горизонтальных листов
Рис. 8.17. Схема переустройства верхних поперечных связей с целью увеличения
высоты внутреннего габарита пролетного строения:
1 - стоика решетки фермы; 2 - верхний пояс фермы; 3 - распорка; 4 - фасон-
ка горизонтальных связей; 5 — уголки горизонтальных связей
336
Рис. 8.18. Универсальные передвижные подмости для ликвидации внутренней
негабаритности пролетных строений:
а — в рабочем положении; б — в транспортном положении; 7 — основная рабо-
чая площадка; 2 — выдвижная рабочая площадка; 3 — наружная обечайка; 4 —
внутренняя обечайка с механизмами подъема площадки
верхних поясов (рис. 8.17). Все приняты^ конструктивные изменения
портальных рам обязательно проверяются расчетом.
С целью упрощения производства работ и сокращения продолжи-
тельности ’’окон” С.-Петербургским отделением института Гипрострой-
Мост разработаны универсальные передвижные подмости для ликвида-
ции внутренней негабаритности мостов (рис. 8.18). Их область примене-
ния — пролетные строения железнодорожных мостов пролетами 87,6-
158,4 м. Универсальные подмости, оборудованные подвижными рабо-
чими площадками и снабженные необходимыми подъемными механиз-
мами, размещаются на четырехосной железйодорожной платформе и
в транспортном положении вписываются в габарит приближения
строения.
Внутренняя негабаритность тролегных строений по ширине встреча-
ется редко. Чаще всего такая боковая негабаритность возникает вслед-
ствие значительного смещения оси пути относительно оси пролетного
строения, что может существен! о снизить грузоподъемность пролетных
строений. Устранить ее можно соответствующей выправкой пути. Если
таким образом не удается уст|анить боковую негабаритность и повы-
сить грузоподъемность, то при соответствующем технико-экономиче-
ском обосновании старые пролетные строения, как правило, заменяют
новыми.
Замена мостового полотна с деревянными поперечинами на железо-
бетонные плиты. В условиях непрерывного повышения грузонапряжен-
337
ности нагрузок от колесных пар на рельсы и скоростей движения поез-
дов гарантированная безопасность движения поездов на мостах может
обеспечиваться только более высокой надежностью мостового полотна,
его стабильностью и долговечностью элементов в процессе длительной
эксплуатации. Существующие конструкции мостового полотна с дере-
вянными поперечинами (мостовыми брусьями), которые обычно устраи-
ваются на металлических мостах, не соответствуют указанным требо-
ваниям. Поэтому в последние годы при проектировании и строительст-
ве новых и реконструкции эксплуатируемых металлических мостов пре-
дусматривается укладка мостового полотна с безбалластными желе-
зобетонными плитами. Применение безбалласгной железобетонной пли-
ты также рекомендуется при сплошной смене мостовых брусьев, если
в ближайшей перспективе не предполагается замена пролетного стро-
ения.
Работы по замене мостового полотна на деревянных поперечинах
безбалластным на железобетонной плите осуществляются в соответ-
ствии с указаниями Инструкции по применению безбалластного мосто-
вого полотна на железобетонных плитах на металлических пролетных
строениях железнодорожных мостов.
Подъемка пролетных строений. Увеличение толщины балластного
слоя. В ряде случаев при капитальном и среднем ремонтах пути воз-
никает необходимость подъемки пути с увеличением толщины балласт-
ного слоя. В связи с этим в зависимости от типа мостового полотна
(с ездой на поперечинах или на балласте) и местных условий приходится
либо осуществлять подъемку пролетных строений, либо увеличивать
толщину балласта под шпалой. Обычно такого вида работы в массовом
порядке проводятся на мостах малых пролетов. В мостах с большими
пролетными строениями смягчение продольного профиля в связи с утол-
щением балластной призмы почти всегда выполняется путем срезки
насыпи подходов.
В пролетных строениях с ездой на балласте (это преимущественно
железобетонные пролетные строения) возможность подъемки пути и
увеличение толщины балластного слоя под шпалой (до 35 см в пролет-
ных строениях с откидными консолями и до 60 см во всех остальных
случаях) может быть обеспечена наращиванием бортиков балластного
корыта и боковых стенок устоев (рис. 8.19). Однако опыт эксплуата-
ции переустроенных таким образом прслетных строений свидетельству-
ет о ненадежности такого решения, так как из-за увеличения толщины
балластного слоя снижается грузоподъемность плиты балластного коры-
та, а ’’наростки” бортиков по конструктивным и прочностным характе-
ристикам не обеспечивают требуемой безопасности движения. ’’Нарост-
ки” часто деформируются, перекашиваются, сдвигаются, отделяются
трещинами от основного бетона бортика балластного корыта, что,естест-
венно, затрудняет эксплуатацию и снижает безопасность движения по-
ездов. До последнего времени на дистанциях пути конструкцию моно-
.338
Рис. 8.19. Схема наращивания бортов пролетного строения монолитным бетоном:
1 — продольная арматура диаметром 8 мм; 2 - хомут; 3 — поперечные углубле-
ния в местах установки хомутов
литных ’’наростков” бортиков обычно не рассчитывали, а принимали по
Альбому конструкций по переустройству малых искусственных соору-
жений при реконструкции пути (Сибгипротранс, инв. № 9847). Сейчас
во ВНИИЖТе при участии Гипротранспути разработана соответствующая
методика расчета, позволяющая достаточно точно оценивать реальную
работу наращенного бортика и рассчитывать его прочность. На основании
этой методики Гипротранспугь разработал и включил в Типовые реше-
ния переустройства малых мостов и груб практические рекомендации
по определению несущей способности бортиков балластного корыта
балок и назначению их конструкции. Предусмотрено усиление армиро-
вания ’’наростков” (новые хомуты размещают вдоль пролета балки
с шагом 15 см против 50—70 см в прежних вариантах) и швов их сопря-
жения с основным бетоном.
В тех случаях, когда увеличение толщины балластного слоя не до-
пускается (железобетонные мосты постройки до 1925 г., все железо-
бетонные пролетные строения с пониженной грузоподъемностью, метал-
лические мосты и т. д.), применяется подъемка пролетного строения
с наращиванием подферменников и переустройством кордонных кам-
ней. Участок работ перекрывают подвесным пакетом. Подъемка пролет-
ного строения, установка и уборка разгрузочных пакетов производят-
ся в ’’окна” с соблюдением соответствующих требований безопасного
ведения работ. В мостах, расположенных на суходолах, подъемку про-
летных строений небольших пролетов (до 10 м) осуществляют с по-
мощью домкратов, установленных на временных опорах из УИКМ-60,
деревянных рам, шпальных клеток и т. п., в других случаях используют
стреловые краны.
339
После подъемки пути и увеличения высоты подходных насыпей
может появиться необходимость в их поддержке и укреплении. Такая же
необходимость часто возникает вследствие сползания (осыпания) кону-
сов. В таких случаях практикуется укрепление подошвы конусов путем
строительства низовых подпорных стен, которое производится при
тщательном закреплении котлованов шпунтовой стенкой или иным на-
дежным креплением, снимаемым по окончании работ с тщательной
утрамбовкой грунта в пазухах. На рис. 8.20 приведена схема укрепления
низовой части конуса насыпи временной заборной стенкой в процессе
сооружения подпорной стены.
Нарушенные места сопряжения моста с насыпью восстанавливают
путем повышения и удлинения обратных крыльев устоев, которые вы-
полняются с дополнительным армированием (рис. 8.21, а).
В последние годы вместо сложного наращивания крыльев стали
широко использовать установку бездонных железобетонных коробов
(ящиков). Необходимое удлинение устоев достигается постановкой от
одного (рис. 8.21,5) до трех и более коробов.
Замена малых мостов водопропускными трубами. При подготов-
ке железнодорожных линий к более высоким нагрузкам и скоростям
движения поездов реконструкция малых мостов из-за значительной из-
ношенности конструктивных элементов нередко оказывается экономи-
чески и технически более целесообразной, чем их:капитальный ремонт.
В таких случаях обычно практикуют замену существующих малых мос-
тов водопропускными трубами, если это возможно по водопропускной
способности и не противоречит инженерно-геологйческим условиям
местности.
Рис. 8.20. Схема устройства подпорной стенки в основании конуса насыпи:
1 — монолитная подпорная стенка; 2 — временное укрепление откоса конуса
340
Рис. 8.21. Схемы удлинения устоя пристройкой железобетонных крыльев (о) и
установкой железобетонного бездонного короба (б) :
1 — железобетонное крыло; 2 — разгрузочный пакет; 3 — шпальные клетки;
4 — закладной щит; 5 — проектное положение откоса конуса насыпи; 6 — су-
ществующее положение; 7 — железобетонный короб; 8 — дренаж; БЗП — уро-
вень бывшего земляного полотна; ПР — уровень подошвы рельса
Деревянные мосты на линиях чаще заменяют на железобетонные
(одноочковые и многоочковые) трубы из типовых сборных элементов.
В отдельных случаях для замены используют массивные трубы.
При замене деревянного моста многоочковой железобетонной тру-
бой (рис. 8.22, а) приходится на ширине сооружаемого фундамента
трубы удалять часто расположенные деревянные опоры и перекрывать
рабочую зону разгрузочным подвесным пакетом. Последний по концам
опирают на временные рамно-лежневые опоры, заглубленные ниже по-
дошвы будущего фундамента. По окончании работ (сооружения фун-
дамента, сборки звеньев трубы и ее гидроизоляции) все деревянные кон-
струкции старого моста удаляют полностью, поскольку их оставление
в насыпи недопустимо. Засыпка трубы производится после разделки
старых откосов конусов штрабой шириной 75 см, слоями не толще
30 см с тщательной трамбовкой. Все основные операции при замене
деревянного моста на трубу выполняют в "окно”, продолжительность
которого зависит от высоты насыпи и диаметра трубы.
Работы по переустройству деревянного моста в массивную трубу
(рис. 8.22, б) выполняют в такой последовательности: по оси будущей
трубы роют котлован под ее фундамент; после сооружения фундамента
и части свода трубы до уровня затяжки деревянные конструкции моста
в рабочей зоне (затяжка, подкосы и отдельные элементы опоры, за ис-
ключением коренных свай и насадки) удаляют; производят бетониро-
вание свода и после его твердения выполняют все необходимые работы
по гидроизоляции трубы, засыпки и трамбовки грунта над сводом. От-
341
сыпку насыпи и укладку рельсового пути производят после удаления
всех остатков деревянного моста. В это же время проводят завершаю-
щие бетонные работы в отверстии трубы; лотку трубы придают проект-
ное очертание.
Переустройство деревянного моста в массивную трубу может про-
изводиться также при помощи разгрузочных подвесных пакетов под
прогонами над сооружаемой трубой аналогично схеме на рис. 8.22, а.
Массивные арочные мосты из бетонной или каменной кладки при
необходимости переустраивают в трубы, размещенные в пределах под-
сводного пространства (рис. 8.23). Используют обычно одно- и двух-
очковые трубы круглого, полуциркульного, овоидального и прямо-
угольного сечений. Выбор формы сечения трубы определяется ее водо-
пропускной способностью, удобством производства работ, физическим
состоянием свода и опор переустраиваемого моста и т. д.
Вне зависимости от принятой формы сечения трубы работы по ее
сооружению могут выполняться следующим образом. Предварительно
Рис. 8.22. Схема переустройства деревянного моста в двухочковую железобетон-
ную трубу (а) и в массивную трубу (б):
1 — труба; 2 — подвесной пакет; 3 — вспомогательная опора (рама) ; 4 — опора
моста, удаляемая до начала бетонирования фундамента трубы; 5 — существующий
деревянный мост; 6 — массивная труба
342
Рис. 8.23. Схема переустройства каменного моста в одно- (а) и двухочковую (6)
железобетонную трубу:
J — труба; 2 — плотно забитый жесткий бетон; 3 — щековые стенки старого мос-
та, разбираемые на высоту 75 см; 4 — фундамент старого моста; 5 — щебеночная
подушка; б — плотное заполнение цементно-песчаным раствором
в определенном проектом месте устраивают искусственное основание
из слоя тщательно уплотненного щебня толщиной 10 см, на которое за-
тем укладывают бетонные блоки фундаментов под секции трубы и ого-
ловки. В связи с трудностями, возникающими при заводке и укладке
краном блоков в подсводном пространстве, в этой зоне фундамент
устраивают из монолитного бетона. После окончания сооружения тру-
бы наружные поверхности ее изолируют, а швы между секциями заде-
лывают цементным раствором. Зазоры между существующим сводом,
передними стенками устоев и вновь уложенной трубой плотно забивают
343
ПР
Рис. 8.24. Вариант переустройства малого балочного железобетонного моста в
одноочковую железобетонную трубу:	'
1 — шпунт; 2 — бутовая кладка фундамента трубы; 3 — железобетонная труба
жесткой бетонной смесью или заполняют каменной кладкой на цемент-
ном растворе, обеспечивая таким образом совместимость работы свода
существующего моста и секций трубы. Засыпку трубы выполняют слоя-
ми толщиной не более 30 см с тщательным уплотнением грунта. При за-
сыпке пазух проводят тщательное местное уплотнение грунта электри-
ческими или пневматическими трамбовками. Для повышения устойчи-
вости откосов насыпи перед засыпкой трубы полезно провести штраб-
ление конусов насыпи. Завершают работы по переустройству моста раз-
боркой его щековых стенок на высоту 75 см и досыпкой откоса балласт-
ной призмы в пределах удаленной части стенок.
Балочные металлические и железобетонные мосты малых пролетов
также нередко переустраивают в водопропускные трубы (одно-или мно-
гоочковые) из типовых железобетонных элементов (рис. 8.24). На
практике реализуются различные схемы замены моста трубой.
Все основные строительно-монтажные работы (устройство шпун-
тового ограждения, разработка котлована, укладка фундамента и звень-
ев трубы, их гидроизоляция и др.) выполняются по обычной техноло-
гии, принятой при сооружении новых железобетонных труб, и не требуют
прекращения движения поездов. Старое пролетное строение снимают в
’’окно” с помощью стрелового крана. Одновременно разбирают кладку
верхней части устоев на высоту не менее 1 м от подошвы рельса и произ-
водят досыпку насыпи над трубой до проектной отметки, соблюдая при
этом соответствующие требования к грунту и последовательности его
укладки. После завершения путевых работ открывают движение по-
ездов.
Входные и выходные оголовки новых труб могут сооружаться по-
сле открытия движения поездов при условии надежного поддержания
344
откосов насыпи временным креплением, лучше в виде шпунтового ря-
да, укрепленного подкосами к забитым откосным сваям по схеме, пока-
занной на рис. 8.20.
Переустройство эксплуатируемых железнодорожных мостов под
совмещенную езду. Это достаточно сложный и дорогостоящий вид ре-
конструкции, основная идея которого заключается в обеспечении воз-
можности автодвижения по железнодорожному мосту. При этом авто-
дорожный проезд может быть размещен в уровне существующей проез-
жей части или в уровне верхних поясов пролетных строений с ездой по-
низу, а также (при большой высоте ферм) на поперечных балках, при-
крепляемых к стойкам и подвескам существующих ферм выше габа-
рита приближения строений железнодорожного проезда на мосту (’’езда
посередине”).
Реконструкция моста под совмещенное движение применяется боль-
шей частью как вынужденное решение, принятие которого обосновы-
вается тщательным технико-экономическим анализом. При проектиро-
вании совмещенного моста встречаются следующие сложности: необхо-
димость повышения грузоподъемности несущих элементов железнодо-
рожного моста; проектная проверка специальными методами услож-
ненного пролетного строения, опор, фундаментов и грунтовых основа-
ний; устройство сопряжения автодорожных проездов и эстакад с желез-
нодорожными путями и мостом; индивидуальное проектирование и
расчеты узлов и сопряжений, требующие высокой инженерной квалифи-
кации проектировщиков.
Особые виды реконструкции мостов. Иногда в связи с ростом гру-
зонапряженности и необходимостью увеличения пропускной способ-
ности железнодорожной линии может возникнуть потребность в рекон-
струкции существующего совмещенного моста для укладки на нем до-
полнительных железнодорожных путей. Вполне понятно, что технико-
экономическая целесообразность такого переустройства должна быть
соответствующим образом обоснована. Выше (см. п. 8.3) была рассмот-
рена возможность переустройства совмещенного моста под двухпутное
железнодорожное движение с полным или частичным закрытием авто-
проезда. В отдельных случаях изменения условий эксплуатации могут
определить необходимость переустройства железнодорожного моста под
автомобильное движение.
Некоторые особенности такой реконструкции рассмотрим на при-
мере переустройства существующего металлического пролетного строе-
ния расчетным пролетом 87,6 м под однопутную железную дорогу. До
переустройства расстояние между фермами составляло 5,7 м, фермы
были связаны продольными и поперечными связями по нижним и верх-
ним поясам, балочная клетка состояла из поперечных балок, шарнирно
опертых в узлах ферм, и двух продольных. Пролетное строение рекон-
струировалось с увеличением его ширины до 8,2 м и устройством проез-
жей части для автомобильного движения и тротуаров для пешеходов.
345
Рис. 8.25. Схема раздвижки пролетного строения:
I - IV — этапы работ; I — домкрат; 2 - расчалка к лебедке; 3 — фаркопф; 4 -
опорные части; 5 — проектная ось пролетного строения
Для уширения проезжей части фермы были раздвинуты при помощи спе-
циальных приспособлений, установленных в промежуточных узлах. Сна-
чала пролетное строение по рельсовому накаточному пути, предваритель-
но уложенному вдоль опоры (этап I, рис. 8.25), сдвинули в верховую
сторону на 2,5 м. Затем верховую ферму установили на опорные части
и дополнительно раскрепили расчалками. Одновременно установили
конструкции временного усиления, приспособления для раздвижки,
демонтировали поперечные связи и др. (этап //). Далее пролетное строе-
ние разрезали по продольной оси и низовую ферму по накаточному пути
отодвинули на 2,5 м (этап III). После этого демонтировали временные
конструкции и приспособления, установили вставки поперечных балок
и новые продольные балки, элементы связи и др. (этап IV).
8.6.	Реконструкция водопропускных труб
Необходимость в реконструкции эксплуатируемых труб обычно воз-
никает при значительных повреждениях кладки трубы и нецелесообраз-
ности ее ремонта, при недостаточной грузоподъемности трубы и невоз-
можности ее усиления, а также при малой водопропускной способности.
Работы, которые выполняют в процессе устранения отмеченных недо-
статков, достаточно сложны и дорогостоящи.
При неудовлетворительном состоянии конструктивных элементов
трубы (тела трубы, входных и выходных оголовков) и малой их проч-
ности, как правило, практикуют замену старой трубы новой. При этом
в зависимости от высоты насыпи, наличия специализированного обору-
дования, возможности получения ’’окон”, условий производства работ
и т. п. применяют один из следующих способов сооружения трубы: от-
346
крытый, комбинированный, штольневый, щитовой и продавливания на-
сыпи.
Открытый способ используют при небольшой высоте на-
сыпи (до 5—6 м). При этом способе сооружение трубы в пределах су-
ществующей насыпи производится в открытом котловане с естествен-
ными откосами, который перекрывается временным разгрузочным па-
кетом (рис. 8.26, а), длина которого определяет возможную глубину
разработки котлована.
С целью уменьшения объема земляных работ и длины разгрузочного
пакета над трубой можно устраивать прорезь с распорным креплением
ее стен (рис. 8.26, (?). В поперечной прорези выполняют работы по сбор-
ке трубы. Затем прорезь заполняют грунтом с постепенной разборкой
крепления и тщательной утрамбовкой земли. В последнюю очередь сни-
мают разгрузочный пакет.
В практике при высоте существующей насыпи 8—10 м применяют
комбинированный способ сооружения трубы — сочетание
открытого котлована в верхней части насыпи, перекрытого разгрузоч-
ным пакетом небольшой длины, и прорези в нижней (рис. 8.26, в).
Открытый и комбинированный способы могут быть использованы
как при замене старых труб, так и при сооружении новых труб рядом
с дефектными с последующей их разборкой.
При высоте насыпи 10 м и более оказывается целесообразным соо-
ружение новых труб с проходкой выработки вдоль оси трубы одним из
применяемых в тоннельном строительстве способов: проходкой штоль-
ни, продавливанием тела трубы сквозь насыпь или проходкой выработ-
ки с помощью щитового комплекса.
Штольневый способ строительства трубы очень сложен и
применяется редко. Он может использоваться как краткосрочное соору-
жение для пропуска воды (рис. 8.26, г). Внутренние размеры штольни
должны назначаться достаточными, а ее очертание должно быть удобным
для сооружения фундамента и тела трубы, нанесения изоляции, а также
для удаления деревянных элементов крепления по окончании построй-
ки трубы и заполнения пазух между трубой и выработкой цементным
раствором, каменными материалами или утрамбованным грунтом.
Щитовая проходка (рис. 8.26, <Э) с разработкой грунта
под защитой подвижной крепи — щита,отталкивающегося домкратами от
собранной за ним части трубы (как при постройке тоннелей), являет-
ся прогрессивным способом сооружения новых труб. Однако несмотря
на известные преимущества (возможность ведения работ на большой
глубине, высокий темп наращивания трубы, экономичность, безопасные
условия производства работ, не требующие перерыва движения поез-
дов и т. п.)^ щитовой способ постройки труб из-за отсутствия серийно
изготовляемого горнопроходческого оборудования, пригодного для
строительства водопропускных труб, пока широкого распространения
не получил.
Рис. 8.26. Варианты сооружения трубы в насыпи:
а — открытым способам; б — в прорези; в — комбинированным способом; г —
штольневым способом; д — щитовым способом; е ~ продавливанием; 1 — шпун-
товое ограждение; 2 — фундамент трубы; 3 — сооружаемая труба; 4 — разгру-
зочный пакет; 5 — крепление прорези; б — крепление штольни; 7 — монтажная
камера у низового портала трубы; 8 — стенка из брусьев; 9 — опорное кольцо из
бетона; 10 — первое кольцо трубы из блоков; 11 — щит; 12 — упорная рама;
13 — домкраты; 14 — звенья трубы; 15 — ножевое кольцо
348
Продавливание трубы через насыпь (рис. 8.26, е)
при наличии хороших грунтов — один из удобных способов реконструк-
ции трубы. Рядом со старой трубой продавливают новую бесфундамент-
ную (железобетонную или металлическую) при помощи домкратов и
специальных опорных устройств. По мере продвижения тела трубы в на-
сыпь промежуток между трубой и домкратами заполняют прокладками,
толщина которых должна быть не больше максимальной длины выдви-
гаемого штока домкрата. С перемещением трубы на длину очередной
секции прокладки убираются и в освободившееся пространство произ-
водится укладка новой секции. Передняя часть направляющей секции
трубы для облегчения продвижения в насыпи оформляется в виде ноже-
вого кольца с острыми краями.
В настоящее время Красноградским заводом МПС налажен вы-
пуск комплекса для сооружения железобетонных водопропускных труб
методом продавливания через насыпь. Проектные разработки комплекса
выполнены институтом Ленгипротрансмост. С помощью такого комп-
лекса можно осуществить проходку трубы в грунтах до IV категории
крепости с небольшими (до 300 мм) каменистыми включениями. В со-
став комплекса входят гидрофицированные элементы: щит, основная и
пять промежуточных силовых (домкратных) станций. Разработка за-
боя и уборка грунта осуществляются механизированно с помощью при-
водной лопаты. Средний темп продвижения трубы в насыпи составляет
2 м в смену. С помощью этого комплекса можно сооружать трубы
с очком диаметром 2 м в насыпях высотой до 12 м.
Реконструкция труб при постройке вторых путей, повышении вы-
соты насыпи и смягчении крутизны ее откосов, а также в связи с разви-
тием станционных путей, как правило, сводится к удлинению
труб.
При незначительном удлинении трубы и сложности устройства но-
вого фундамента можно обойтись только перестройкой, наращиванием
оголовков и удлинением откосных крыльев. Для наращивания оголов-
ков по высоте (не более 1 м) используют каменные, бетонные и желе-
зобетонные сборные блоки, соединяя их с существующей кладкой ме-
таллическими анкерами. Сложные по очертанию в плане оголовки (во-
ротниковые, коридорные, раструбные) наращивают по всему перимет-
ру монолитным бетоном или железобетоном. Для поддержания откоса
насыпи можно также устроить защитные козырьки в месте примыка-
ния тела трубы к оголовкам, а в отдельных случаях перекрыть их желе-
зобетонными плитами.
При значительном увеличении высоты насыпи и уположении ее
откосов трубу удлиняют путем наращивания. Для этого к старой клад-
ке пристраивают вплотную новые секции трубы, которые отделяют от
существующей сквозными деформационными швами, обеспечивающими
независимость деформаций этих двух участков трубы (рис. 8.27). Отвер-
стие новых секций и их конструкцию принимают по аналогии с сущест-
349
Рис. 8.27. Схема удлинения трубы:
7 — новый оголовок; 2 — новое положе-
ние открса насыпи; 3 - существующее
положение откоса насыпи; 4 — сущест-
вующий фундамент; 5 — новый фун-
дамент
вующими частями трубы. Кладку старого фундамента, как правило, не
разбирают и используют под новые секции. При необходимости пере-
устраивают оголовки, опирая их на новые фундаменты.
На дорогах эксплуатируется большое количество труб старой по-
стройки, необтекаемые оголовки (портальные, коридорные, воротни-
ковые и раструбные) которых имеют пониженную водопропускную
способность. Известно, что обтекаемые оголовки, например конические,
в сравнении с упомянутыми в трубах равных отверстий обеспечивают
увеличение пропуска расхода воды на 40 %. Устройство повышенного
звена на входе прямоугольной трубы увеличивает водопропускную спо-
собность до 50 %. Поэтому при необходимости увеличение водопропуск-
ной способности эксплуатируемой трубы может быть достигнуто пере-
устройством оголовка или установкой повышенной входной секции.
Водопропускную способность эксплуатируемых круглых труб с не-
обтекаемыми оголовками можно также повысить устройством над
входным отверстием обтекаемого открылка (предложение Л. Г. Рабу-
хина) или струенаправлдющей перемычки шириной 0,41г/ (предложе-
ние Е. Н. Давиденко), которые дают увеличение пропускной способ-
ности труб на 20—30 % и более по сравнению с раструбными и порталь-
ными оголовками с нормальной входной секцией (рис. 8.28). Подоб-
ные струенаправляющие устройства, дополняющие конструкцию вход-
Рис. 8.28. Водопропускная
труба, работающая в услови-
ях подпора (а) и варианты
изменения ее входного ого-
ловка с помощью струена-
правляющей перемычки (б) и
обтекаемого открылка (в):
1 — существующая перемыч-
ка; 2 — новая перемычка;
3 — открылок
350
Рис. 8.29. Схема укрепления откоса на-
сыпи земляного полотна:
1 — временные грунтоудерживающие
стенки; 2 — существующая кладка;
3 — новая кладка
ных оголовков и улучшающие их пропускную способность, достаточно
просты и могут быть реализованы силами дистанции пути в порядке те-
кущего содержания.
Перед вводом в эксплуатацию трубы, оголовок которой переустроен
для пропуска повышенного расхода воды, при необходимости следует
отремонтировать дефектные участки, проверить и осуществить гермети-
зацию зазоров между секциями, особенно если предусмотрена работа
трубы в напорном режиме.
В том случае, если путем изменения конструкции входного оголов-
ка не удается повысить водопропускную способность трубы, производят
полную ее замену на новую с увеличенным отверстием одним из спосо-
бов, изложенных выше.
Оголовки трубы также переустраивают, если в них обнаружены
серьезные повреждения и недопустимые деформации. При этом при не-
обходимости кладку существующего фундамента под оголовками (низ-
кая прочность, недостаточные размеры в плане, малая глубина заложе-
ния по промерзанию) частично или полностью разбирают. Новые оголов-
ки, устанавливаемые взамен разрушенных, обычно меняют на более со-
вершенные по водопропускной способности.
Рис. 8.30. Схема переустройства выход-
ного оголовка:
1 — крылья выходного оголовка су-
ществующей трубы; 2 — первый ряд
направляющих стенок; 3 — второй ряд
направляющих стенок; 4 — ковш с ка-
менной наброской (наброска не показа-
на) ; I к — длина укрепления
351
Удлинение трубы или перекладка оголовков, как правило, ведется
под защитой грунтоудерживающих устройств без перерыва и ограниче-
ния скорости движения поездов (рис. 8.29).
В ряде случаев при пропуске паводков возникают повреждения,
а иногда и разрушения отводящего русла за трубами, вызванные раз-
мывами русл. Применяемое типовое укрепление отводящего русла не
обеспечивает должной его защиты.
По предложению гидравлической лаборатории МИИТа усиление
укрепления отводящего русла (рис. 8.30) и улучшение его водоотво-
дящей способности может быть достигнуто путем его переустройства -
уширения плоской части (а = 5 + l,5dn, м; b — 5 + 2dn, м, при
I — 1,5с?, где п — число очков трубы) и размещения на ней двух-
рядных направляющих стенок с каждой стороны. При этом первый ряд
стенок устанавливают под углом 23—25° (к оси трубы) от концов
крыльев выходного оголовка до конца плоской части, второй ряд раз-
мещают у боковых границ укрепления.
Отводящие русла могут быть переустроены также устройством
гасителей энергии различного типа: стенки переменной высоты в пре-
делах выходного оголовка (предложение ЦНИИСа), сплошного ребра и
столбчатого, а также комбинаций этих типов (предложение МИИТа).
Глава 9
УСИЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
9.1.	Цель и способы усиления
Грузоподъемность пролетного строения оценивается классом наибо-
лее слабого элемента (по сечению, прикреплению и т. п.). Классы эле-
ментов пролетных строений, особенно изготовленных по расчетным
нормам до 1931 г., имеют различные значения, изменяющиеся в широ-
ком диапазоне. Поэтому для повышения грузоподъемности пролетного
строения до требуемого уровня может потребоваться усиление незначи-
тельного числа элементов. В связи с этим усиление металлических про-
летных строений может быть эффективно использовано с целью про-
дления сроков их службы в условиях исчерпания первоначальной грузо-
подъемности.
LРешение вопроса об усилении или замене пролетных строений произ-
водят на основании технико-экономического анализа. Существенное
влияние на выбор того или ицого варианта оказывает общее физическое
состояние пролетных строений.
В зависимости от конструкции пролетного строения, наличия сла-
бых элементов в нем, степени повышения грузоподъемности при усиле-
нии и местных условий применяют различные способы усиления: увели-
чение поперечного сечения элементов с одновременным усилением
(в случае необходимости) их прикреплений; устройство (установка)
дополнительных ферм или балок; усиление с изменением системы ферм
или балок [подведение шпренгеля под балки или фермы, добавление
третьего.пояса (арки) к балочным фермам, превращение разрезных ба-
лок или ферм в неразрезные и т. n.J; устройство дополнительных
опор — временных или постоянных, уменьшающих расчетный пролет су-
ществующих пролетных строений; превращение стального пролетного
строения в сталежелезобетонное путем устройства железобетонной
плиты, включенной в совместную pa6oiy.
При увеличении поперечного сечения элементов металл усиления
следует размещать симметрично относительно осей поперечного сечения.
Усиление обычно производят на месте без прекращения движения по-
ездов. Усиление отдельных элементов пролетного строения путем до-
бавления металла наиболее распространено и обычно выполняется при
всех способах усиления.
Для эффективного использования вновь добавляемого металла,
особенно высокопрочных сталей, и рационального распределения усилий
в системе применяют предварительное напряжение с регулированием
12 Зак 1188
353
усилий и деформаций в конструкции. Регулирование усилий в элементах
пролетных строений производят путем установки предварительно напря-
женных затяжек, разгрузки (догрузки) конструкций при усилении, из-
менения величин опорных реакций в неразрезных системах, закрепления
элементов усиления в нагретом состоянии и др. При этом метод усиле-
ния пролетных строений с использованием предварительно напряженных
затяжек из высокопрочных сталей наиболее рационален.
Применение предварительно напряженных затяжек почти полностью
исключает расклепку узловых прикреплений, что позволяет производить
усиление во многих случаях без перерыва движения поездов.
При усилении обычно применяют соединения на высокопрочных бол-
тах. Эти соединения обладают большей по сравнению с заклепочными
соединениями жесткостью, что обеспечивает хорошую совместную рабо-
ту старого и вновь добавляемого металла и повышает эффективность
его использования, имеют более низкую концентрацию напряжений
около отверстий. Передача усилия в соединениях на высокопрочных
болтах осуществляется только силами трения на поверхностях контак-
тов соединяемых элементов, вызванных затяжкой болтов. Поэтому бол-
ты в отверстиях можно устанавливать со значительным зазором (до
3 мм). Это дает возможность допускать несовпадение отверстий в этих
пределах, что облегчает подготовку и установку элементов усиления.
Процесс установки высокопрочных болтов также значительно проще
клепки.
Заклепочные соединения применяют там, где установка высоко-
прочных болтов затруднена. Их желательно применять в прикреплениях
горизонтальных листов балок и главных ферм, на которые непосред-
ственно опираются мостовые брусья, поскольку головки болтов за-
трудняют обеспечение плотного опирания брусьев.
Применение сварных соединений при усилении пролетных строений
железнодорожных мостов осложняется трудностями обеспечения необ-
ходимой надежности этих соединений по следующим основным причи-
нам: качество металла усиливаемых пролетных строений в большинстве
случаев не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к металлу для
сварных мостов; специфика производства сварочных работ при усиле-
нии мостов позволяет применять преимущественно ручную сварку, ко-
торая из-за трудности ее выполнения не обеспечивает требуемое качест-
во сварных соединений; сложность осуществления наиболее совершен-
ных типов сварных соединений (встык) и устранения в них опасных
концентраторов напряжений.
Применение сварки при усилении нередко давало неудовлетвори-
тельные результаты: в усиленных элементах в процессе эксплуатации
возникали опасные трещины. Поэтому в настоящее время сварка при
усилении мостов применяется в исключительных случаях и только с
разрешения МПС. По мере совершенствования технологии сварки, оче-
видно, применение ее при усилении мостов будет расширяться.
.354
При проектировании усиления необходимо обращать особое внима-
ние на уменьшение стеснений движения поездов по мосту в процессе его
усиления (сокращение ’’окон”, ограничений скоростей движения).
9.2.	Усиление пролетных строений со сплошными балками
При небольшом увеличении грузоподъемности пролетного строения
со сплошными главными балками их усиление производят добавлением
горизонтальных листов или уголков к поясам аналогично усилению про-
дольных балок (см. п. 9.3).
Для более эффективного использования металла усиления желатель-
но применять регулирование внутренних усилий в процессе усиления
(разгрузка конструкций от действия собственного веса, создание уси-
лий, противоположных по знаку усилиям от нагрузки). Этого достигают
устройством временных шпренгелей, предварительно напряженных за-
тяжек, опор и т. п.
При необходимости значительного повышения грузоподъемности
пролетного строения целесообразно устройство шпренгелей как про-
стых, так и предварительно напряженных. Этот способ усиления выгод-
но отличается от других тем, что работы по усилению можно выполнять
без перерыва движения поездов. При усилении, особенно предварительно
напряженными шпренгелями, эффективно применение высокопрочной
стали в виде стержней круглого сечения и других прокатных профилей.
В предварительно напряженных шпренгелях (для поясов) возможно ис-
пользование тросов и пучков из высокопрочной проволоки при обес-
печении надежной защиты их от коррозии. Предварительное напряжение
создают домкратами, полиспастами, винтовыми приспособлениями и т. п.
На рис. 9.1 показаны конструкции узлов шпренгеля по нижней схеме
усиления. Прикрепление элементов шпренгеля выполнено на высоко-
прочных болтах. Предварительное напряжение осуществляют следующим
образом. После прикрепления всех элементов шпренгеля, за исключени-
ем горизонтальных угол код с помощью полиспаста и лебедки стягивают
узлы II и III расчетным усилием. В стянутом состоянии ставят и затя-
гивают высокопрочные болты прикрепления горизонтальных уголков.
Предварительное напряжение можно создать также домкратами,
установленными в узлах II и III. При этом после прикрепления всех
элементов шпренгеля, кроме прикрепления стоек к узлам II и III,
домкратами создают расчетный распор между балкой и узлами II и III.
В этом состоянии стойки прикрепляют к узлам II и III высокопроч-
ными болтами.
Значительное повышение грузоподъемности пролетных строений
с ездой поверху достигается устройством на верхних поясах главных ба-
лок железобетонной плиты, включенной в совместную работу с балками.
В результате такого усиления получается сталежелезобетонное пролетное
12*
355
строение. В этом случае одновременно с усилением создается более со-
вершенная конструкция мостового полотна с ездой на балласте или
с непосредственным прикреплением рельсов к железобетонной плите.
Железобетонная плита может быть монолитной или сборной.
Для обеспечения совместной работы железобетонную плиту с верх-
ним поясом балок соединяют с помощью жестких упоров, прикрепляе-
мых к балкам и омоноличиваемых в плите (рис. 9.2, а), или высоко-
прочных болтов (рис. 9.2, б). Для повышения сцепления плиты с бал-
кой плиту укладывают не на цементный, а на клеепесчаный раствор, со-
стоящий, например, из эпоксидной смолы ЭД-16 или ЭД-20 (ЮОвесо-
Рис. 9.1. Схемы усиления балок шпренгелями
356
Рис. 9.2. Соединение железобетонной плиты с балкой при помощи жестких упо-
ров (а), высокопрочных болтов (б"), опорных столиков (в) :
I — жесткий упор; 2 — цементный или клеепесчаный раствор; 3 — высокопроч-
ный болт; 4 — столик
вых частей), песка (500 весовых частей), полиэтиленполиамина
(15 весовых частей), дибутилфталата (до 10 весовых частей).
Соединение плиты с поясами балок возможно также с помощью
специальных стальных закладных частей — упоров, заделываемых в бе-
тон плиты. Выступающими частями этих упоров плита опирается на сто-
лики, прикрепленные к поясам балок, и крепится к ним высокопроч-
ными болтами (рис. 9.2, в). В этом случае исключаются так называе-
мые мокрые процессы, связанные с укладкой раствора и бетона прц
монтаже, что снижает продолжительность ’’окон”.
При усилении пролетных строений железобетонными плитами
требуются длительные ’’окна”. Для их сокращения усиление можно вы-
полнять в стороне, сняв усиливаемое пролетное строение с опор и поста-
вив вместо него на время усиления запасное. Эффективность этого спо-
соба повышается при наличии на мосту или железнодорожном участке
группы однотипных пролетных строений, требующих усиления.
Если отверстие моста перекрыто несколькими разрезными пролет-
ными строениями, то при усилении может оказаться целесообразным
объединение их в неразрезные.
При усилении клепаных балок со сплошной стенкой в некоторых
случаях требуется повысить прочность стыков. Для этого заклепки в
стыках заменяют высокопрочными болтами большего диаметра (рас-
сверлив предварительно отверстия до нужного размера). Рассверловку
отверстий и замену заклепок производят постепенно, одновременно
удаляя’не более Ю % заклепок. Если при таком способе усиления не
удается увеличить грузоподъемность соединения до требуемого уровня
и требуется, кроме того, увеличение сечений накладок, tq последние
заменяют новыми, более мощными или ставят дополнительные накладки.
Одновременно с усилением ремонтируют поврежденные коррозией,
трещинами и вмятинами элементы балок: заменяют их полностью или
частями на новые или же перекрывают поврежденные участки наклад-
ками.
357
9.3.	Усиление балок проезжей части
Усиление слабых по сечению продольных балок проезжей части наи-
более часто осуществляют постановкой горизонтальных листов, при-
крепляемых к нижним поясным уголкам высокопрочными болтами или
заклепками, а к верхним - заклепками. В продольных балках, не имею-
щих верхних горизонтальных листов, рекомендуется ставить верхний
горизонтальный лист на всей длине балки (рис. 9.3, а). При этом упро-
щается укладка (прирубка) мостовых брусьев. Если ширина полок
верхних поясных уголков продольных балок, не имеющих горизонталь-
ных листов, более чем в 8 раз превышает толщину полок этих уголков,
постановка горизонтального листа при усилении желательна даже в слу-
чае достаточной грузоподъемности. Это вызвано тем, что при недостаточ-
ной толщине полок поясных уголков в них вследствие больших мест-
ных многократно повторяющихся напряжений, возникающих в резуль-
тате нажима мостовых брусьев, появляются трещины и ’’выколы”
(см. п. 2.4).
При усилении балок, не имеющих верхних поясных листов, соблю-
дается следующий порядок работ. На верхний пояс продольной балки
в промежутке между поездами укладывают лист с заранее просверлен-
ными отверстиями. Затем по отверстиям в этом листе сверлят отверстия
в горизонтальных полках уголков и ставят заклепки, сдвигая для этого
поочередно мостовые брусья.
Поверхность полок поясных уголков, на которую укладывается
лист усиления, необходимо предварительно тщательно очистить от грязи
и ржавчины.
В случае прикрепления листов усиления высокопрочными болтами
(к поясным уголкам нижнего пояса, а.иногда и верхнего) перед уклад-
кой листа поверхности контакта листа и поясных уголков должны быть
тщательно очищены. Окрашенные поверхности обычно очищают огне-
Рис. 9.3. Схемы усиления балок проезжей части сплошным листом (я), по-
лулистами (б), уголками (в):
1 — уплотненный зазор; 2 — полулист
358
вым способом с последующей обработкой стальными щетками или пес-
коструйным аппаратом, строго соблюдая правила техники безопасности.
После очистки поверхности контакта устанавливают и закрепляют
лист, сверлят отверстия в полках уголков (по отверстиям в листе), ста-
вят высокопрочные болты и затягивают их до расчетного усилия. За-
тяжку высокопрочных болтов выполняют в два приема: сначала обыч-
ным монтажным ключом закручивают гайку до отказа, а затем дотяги-
вают до расчетного усилия при помощи специальных ключей, имеющих
измерительное устройство для определения момента закручивания. За-
тяжку болтов следует вести,начиная от середины балки, постепенно пе-
ремещаясь к ее концам. Эту операцию выполняют без перерыва движе-
ния поездов.
Если продольная балка имеет горизонтальные листы и ее нужно
усилить, то постановка дополнительных горизонтальных листов является
более сложной операцией, требующей продолжительного интервала меж-
ду поездами (’’окна”). С целью сокращения ’’окна” вместо целого ли-
ста допускается применение двух полулистов (рис. 9.3, б).
При прикреплении листа усиления заклепками соблюдают следую-
щий порядок работы. В полулисте по разметке сверлят отверстия диа-
метром на 3—6 мм меньше диаметра заклепки. Затем на одной поло-
вине (относительно продольной оси балки) верхнего или нижнего пояса
обычно с помощью газовой резки удаляют головки вертикальных закле-
пок с одной стороны, не выбивая стержни заклепок. Эту работу выпол-
няют без перерыва движения поездов. В интервале между поездами
выбивают старые заклепки и накладывают полулист, рассверливают
часть отверстий (около 50 %) и прикрепляют полулист ’’черными”
(обыкновенными) болтами, которые устанавливают в нерассверленные
отверстия, и пробками, забиваемыми в рассверленные отверстия. После
этого восстанавливают пропуск поездов. Затем последовательно вместо
пробок и болтов ставят заклепки, предварительно рассверливая нерас-
сверленные отверстия. Закончив работы с одним полулистом, в та-
ком же порядке ставят другой.Зазор между полулистами шпаклюют.
I При прикреплении полулистов высокопрочными болтами в полу-
листе по разметке сверлят отверстия на полный диаметр. Затем на
одной половине балки.в промежутке между поездами удаляют головки
заклепок, выбивают стержни заклепок, очищают поверхность контакта
с полулистом, укладывают предварительно очищенный полулист и ста-
вят высокопрочные болты. После затяжки болтов обычными монтаж-
ными ключами можно разрешить пропуск поездов, обеспечив в дальней-
шем дотяжку болтов до расчетного усилия.
Другой вариант усиления продольных "балок, полностью исключаю-
щий ’’окна”, заключается в постановке двух дополнительных уголков
у каждого пояса (рис. 9.3, в). Выполнению этой операции обычно меша-
ют вертикальные уголки жесткости, которые приходится обрезать или
заменять новыми соответствующей высоты. Существенный недостаток
359
Рис. 9.4. Схема усиления прикрепления продольных балок к поперечным путем
увеличения числа заклепок и ботов:
л — при помощи обычных накладок; б — при помощи приваренных накладок;
1 — накладка; 2 — прокладка; 3 — сварной шов; крестиками обозначены старые
заклепки; черными точками — заклепки или высокопрочные болты в новых от-
верстиях; крестиками в кружках — новые заклепки или высокопрочные болты
в старых отверстиях
этого варианта — низкая эффективность использования металла усиле-
ния вследствие расположения добавляемого металла не в самой напря-
женной эоне сечения балки.
Эффективным способом усиления продольных балок, имеющих
низкий класс по нормальным напряжениям, является установка предва-
рительно напряженных затяжек в уровне нижних поясов.
В старых пролетных строениях часто возникает необходимость уси-
ления прикреплений продольных балок к поперечным и поперечных
балок к главным фермам или балкам. Замена существующих заклепок
в соединительных уголках на заклепки большего диаметра или на высо-
копрочные болты — один из распространенных вариантов такого уси-
ления. Однако указанным способом удается незначительно усилить
прикрепления балок. Для значительного повышения грузоподъемности
таких прикреплений увеличивают число прикрепляющих заклепок или
высокопрочных болтов и их несущую способность. Это достигается
установкой на соединительные уголки накладок, позволяющих раз-
местить дополнительные заклепки или высокопрочные болты и увели-
чить число контактов (срезов) (рис- 9.4, а). Между накладкой и стен-
кой балки ставят прокладки. В этом типе усиления требуется -замена
старых заклепок на участках прикрепления накладок новыми или вы-
сокопрочными болтами.
Возможно усиление прикрепления продольных балок с применени-
ем сварки (рис. 9-4, б). При этом способе усиления соблюдают следую-
360
щий порядок работы: сначала к полкам уголков приваривают наклад-
ки, а затем ставят заклепки или высокопрочные болты. При приварке
накладок необходимо следить за тем, чтобы они не были приварены,
к стенке балки. Опыт эксплуатации показал, что такое усиление рабо-
тает менее надежно, чем показанное на рис. 9.4, а; в сварных швах от-
дельных прикреплений возникают трещины.
Серьезным недостатком прикрепления продольных балок к попе-
речным в старых мостах является отсутствие ’’рыбок”, что приводит
к размалковыванию соединительных уголков, появлению трещин в них
и отрыву головок верхних и нижних заклепок, работающих на растя-
жение. При усилении таких прикреплений желательно ставить конст-
руктивные элементы, воспринимающие изгибающий момент в плоско-
сти продольных балок на участке их прикрепления к поперечным. С этой
целью можно использовать цилиндрические стержни, пропускаемые
через отверстия в стенках поперечных балок и закрепляемые к поясам
продольных балок сварными швами. При этом стержни следует прива-
ривать к накладкам, прикрепляемым к поясам балок высокопрочными
болтами.
Можно концы стержней закреплять с помощью гаек, навинчивае-
мых на стержни. Для передачи усилия со стержней на продольные балки
к йх поясам жестко высокопрочными болтами прикрепляют специаль-
ные упоры. Такая конструкция позволяет создавать предварительное
напряжение в стержнях путем закручивания гаек, что повышает эффек-
тивность их работы.
В некоторых случаях, когда продольные балки имеют значительно
меньшую высоту, чем поперечные, можно сделать щелевидные вырезы
в стенке поперечной балки и установить через эти вырезы плоские
’’рыбки”.
Сплошные поперечные балки усиливают по сечению установкой
дополнительных горизонтальных листов или уголков. Значительное
повышение грузоподъемности поперечных балок может быть достигну-
то устройством нижних шпренгелей, если подмостовой габарит зто по-
зволяет. Предварительное напряжение элементов шпренгеля повышает
эффект усиления.
При усилении балок проезжей части может потребоваться постанов-
ка дополнительных уголков жесткости, связей между продольными бал-
ками. В случае необходимости усиления балок по шагу поясных закле-
пок его выполняют путем замены заклепок заклепками или высоко-
прочными болтами большего диаметра. Если этим способом нельзя до-
стигнуть требуемой грузоподъемности, то на вертикальные полки пояс-
ных уголков ставят накладки, которые прикрепляют высокопрочными
болтами или заклепками к стенке балки (аналогично усилению при-
крепления балок, показанному на рис. 9.4, й).
Одновременно с усилением ремонтируют поврежденные элементы
балок: заменяют поврежденные элементы или их части, перекрывают
поврежденные места накладками и т. п.
361
9.4.	Усиление главных ферм и связей
Усиление главных ферм наиболее часто выполняют с использованием
таких способов, как увеличение поперечных сечений элементов и измене-
ние схемы системы ферм. При усилении главных ферм представляются
широкие возможности искусственного регулирования усилий в элемен-
тах ферм путем изменения статической схемы, предварительного напря-
жения элементов, изменения положения опорных узлов в вертикальной
плоскости неразреэных ферм, разгрузки (догрузки) пролетного строе-
ния при усилении и др. Это позволяет создавать наиболее благоприятные
условия для использования несущей способности усиливаемых и вновь
добавляемых элементов, а также конструкции в целом. Выбор схемы
и способа усиления делают на основании анализа состояния конструкции,
расчетной грузоподъемности и деформативности.
В случае необходимости значительного усиления поясов главных
ферм, повышения вертикальной жесткости пролетного строения
устраивают шпренгели (рис. 9.5, а) или так называемый третий пояс
(рис. 9.5, б). Превращение разрезных ферм в неразрезные (рис. 9.5, в) и
устройство дополнительной опоры (рис. 9.5, г) позволяет при определен-
ных условиях намного увеличивать их грузоподъемность. При измене-
нии статической схемы происходит перераспределение усилий в элемен-
тах усиливаемой конструкции. Для более рационального перераспреде-
ления усилий можно использовать, кроме того, их регулирование путем
предварительного напряжения элементов шпренгеля, элементов третьего
пояса и изменение уровня опорных частей.
При усилении главных ферм весьма эффективно применение предва-
рительно напряженных затяжек из высокопрочной стали. При этом наи-
более полно используются прочностные свойства металла затяжек и уси-
ливаемых элементов, сравнительно просто достигается рациональное
распределение усилий в элементах, почти полностью исключается рас-
клепка существующих соединений, и поэтому работы по усилению мож-
но выполнять практически без перерыва движения поездов.
Рис. 9.5. Схемы усиления главных ферм с изменением системы:
а - подведением шпренгеля; б — устройством третьего пояса; в — объединением
разрезных ферм в неразрезные; е — сооружением дополнительной опоры
362
wm г) жмж
А	А» j)) 7*77	 А
Рис. 9.6. Схемы усиления главных ферм предварительно напряженными затяжками:
а, б — при поэлементном предварительном напряжении; в, г — с изменением
статической схемы: д— неразрезной фермы (затяжки выделены жирными
линиями)
Усиление по схемам, показанным на рис. 9.6, а и б, производят пу-
тем предварительного напряжения затяжками каждого подлежащего уси-
лению элемента (поэлементное предварительное напряжение). При этом
в других элементах практически не возникают усилия предварительного
напряжения.
Усиление, показанное на рис. 9.6, виг, связано с изменением ста-
тической схемы, поэтому предварительное напряжение, создаваемое за-
тяжками, распределяется на большое число элементов системы.
На рис. 9.6, д представлен вариант усиления неразрезной фермы.
Здесь, как и в любой статически неопределимой системе, предваритель-
ное напряжение затяжек вызывает усилия практически во всех основных
элементах. Однако наибольшие усилия от предварительного напряжения
будут создаваться в элементах поясов, примыкающих к затяжкам. Из-
менение системы главных ферм почти всегда сопровождается усилением
отдельных элементов ферм и их прикреплений.
Наиболее распространенным способом усиления элементов главных
ферм является увеличение площадей их сечений, а также прикреплений.
Площади сечения элементов при обычном усилении увеличивают добав-
лением нового металла, соединяя его со старым главным образом высо-
копрочными болтами. При проектировании усиления надо стремиться
к тому, чтобы не создавать дополнительных эксцентриситетов ни в. сече-
ниях, ни в прикреплениях, если это не связано с преднамеренным регу-
лированием напряжений. При этом желательно обеспечить минимальную
расклепку усиливаемых элементов.
Усиление поясов главных ферм таврового или коробчатого сечения
добавлением горизонтальных листов полной ширины вызывает пере-
клепку всех вертикальных связующих заклепок. Чтобы не расклепы-
вать одновременно усиливаемые участки пояса по всей ширине пакета,
новый металл следует добавлять в виде отдельных узких полосу подобно
тому, как это делается при усилении балок со сплошной стенкой. Длину
363
полос принимают такой, чтобы каждую полосу можно было поставить
и взять на болты и пробки в промежутке между поездами. Головки ста-
рых заклепок на этом участке предварительно удаляют, оставляя их
стержни в отверстиях. Стыки полос перекрывают накладками. Вместо
полос можно использовать уголки.
Добавление вертикальных листов для усиления поясов обычно со-
пряжено с трудностями выполнения работ, поскольку вызывает необ-
ходимость переклепки прикреплений элементов в узлах ферм. Для
уменьшения работ по расклепке вертикальные листы усиления следует
располагать вплотную к поясным уголкам на той стороне старых верти-
кальных листов, к которой не прикреплены раскосы, стойки (подвес-
ки) или фасонки (рис. 9.7, а).
В сжатых элементах при свободных свесах листов (пакетов) более
12 толщин листа (пакета) ставят окаймляющие уголки. Если удается
их прикрепить в узлах ферм, то уголки вводят в расчетную площадь
поперечного сечения элемента (F ), в противном же случае их учиты-
вают лишь при проверке на устойчивость (</>F6p).
Способы увеличения площади поперечного сечения раскосов, стоек
и подвесок весьма разнообразны и определяются типом усиливаемых
элементов (рис. 9.7, б).
Добавляемый при усилении металл должен быть надежно перекрыт
в стыках и прикреплен к узлам. Для повышения жесткости прикрепле-
ний рекомендуется их осуществлять на высокопрочных болтах с одно-
временным, если это требуется по расчету, усилением прикреплений.
С целью сокращения продолжительности ’’окон” следует стремить-
ся к уменьшению объемов работ по одновременной расклепке при-
креплений. Этого можно достичь применением расчлененных накладок
(рис. 9.8, а) или уголковых коротышей (рис. 9.8, б). В последнем случае
удается полностью избежать расклепки.
Усиление элементов главных ферм осуществляют как с разгрузкой,
так и без разгрузки от действия постоянной нагрузки. В первом случае
достигается более эффективное использование добавляемого металла,
Рис. 9.7. Схемы расположения металла усиления в сечениях элементов:
а — поясов; б — раскосов, стоек и подвесок (металл усиления показан жирными
линиями)
364
Рис. 9.8. Варианты усиления прикрепле- Q)
ния раскоса к фасонке:
а — накладками; б — уголковыми ко-
ротышами; 1 —расчлененная накладка;
2 — уголковый коротыш (крестиками
обозначены старые заклепки, кружками
с черточкой — высокопрочные болты)
Который, кроме усилий от временной нагрузки, будет воспринимать
и усилия от постоянной нагрузки. Упрощается также производство ра-
бот по прикреплению добавляемого металла. Однако для разгрузки
усиливаемых элементов требуется сооружение дополнительных вре-
менных опор, на которые устанавливают домкраты для разгрузки, или
устройство специальных разгрузочных приспособлений для каждого
усиливаемого элемента. Для создания усилий в натяжных разгрузочных
приспособлениях применяют домкраты, полиспасты, тяжи с гайками,
пучки из высокопрочной проволоки и т. п. Устройство разгрузочных
приспособлений связано со значительными затратами и является доста-
точно сложным. Поэтому в большинстве случаев элементы главных
ферм усиливают без разгрузки.
Следует отметить, что при обычном усилении элемента, даже пол-
ностью разгруженного от усилий постоянной нагрузки, полное исполь-
зование несущей способности нового металла достигается только при
жестком соединении его со старым металлом и одинаковых механиче-
ских характеристиках старого и добавляемого металла.
Полное использование несущей способности добавляемого металла,
имеющего более высокие механические характеристики, чем металл
усиливаемого элемента, возможно только при создании предваритель-
ного напряжения. При этом в новом металле создаются предварительные
напряжения того же знака, что и напряжения от нагрузки, а в старом —
противоположного знака. При усилении элементов, работающих на рас-
тяжение или на знакопеременные усилия с преимущественным растяже-
нием, удобно применять предварительно напряженные затяжки из высо-
копрочной стали круглого сечения, натяжение которых осуществляют
при помощи гаек, завинчиваемых на их концах. С этой же целью могут
быть использованы также тросы и пучки из высокопрочной проволоки
с надежной защитой от коррозии.
Затяжки в сечении усиливаемого элемента располагают с учетом воз-
можности их размещения и закрепления так, чтобы равнодействующая
365
Рис. 9.9. Схемы расположения затя-
жек (затяжки выделены жирными точ-
ками)
усилий предварительного напряжения проходила через центр тяжести се-
чения (рис. 9.9). При необходимости создания в усиливаемом элементе
изгибающего момента от силы предварительного напряжения обеспе-
чивается требуемый эксцентриситет. Для уменьшения гибкости и воз-
можных колебаний затяжки ее в отдельных сечениях прикрепляют к
основным элементам. Иногда связи между усиливаемым элементом и
затяжками устанавливают для предотвращения потери устойчивости
частей элемента при его обжатии усилиями предварительного напряже-
ния. Необходимость и расположение этих связей определяют расчетом.
Предварительное напряжение можно использовать и при усилении
сжатых элементов, создавая в них усилие растяжения. В этом случае
вместо затяжек ставят распорки.
Усилие с предварительно напряженных затяжек передается на спе-
циальные упоры, располагаемые обычно за прикреплением усиливаемо-
го элемента (рис. 9.10, а, б). Упоры прикрепляют высокопрочными бол-
тами. Для того чтобы ослабление стержня резьбой не распространилось
на всю длину затяжки, устраивают так называемые компенсаторы —
утолщения участков стержня с резьбой (рис. 9.10, в). Компенсаторы
создают либо высадкой концевых участков стержней кузнечным спо-
собом, либо приваркой контактным способом стержней большего
диаметра. Для обеспечения надежной работы затяжек сварка должна
быть высокого качества. Особенно опасны непровары — несплавления
в соединении, вызывающие высокую концентрацию напряжений, кото-
рая может приводить к разрушению стержня при низких температу-
рах и многократно повторяемых нагружениях. Монтажные соединения
затяжек удобно выполнять с применением соединительных муфт
(рис. 9.10,г).
Кроме увеличения площади поперечного сечения элементов ферм
и усиления их прикреплений и стыков, может оказаться необходимым
усиление или постановка элементов соединительной решетки, соедини-
тельных планок и диафрагм между ветвями элементов. Например, если
элемент имеет две ветви, состоящие из отдельных листов или пакетов,
их можно соединить планками, прикрепив к ветвям высокопрочными
болтами короткие уголки, а к ним планки. Соединительную решетку
можно усилить постановкой дополнительных уголковых распорок,
366
Рис, 9.10. Крепления затяжек при усилении поясов главных ферм (а), раско-
сов (б) и конструкции затяжек с компенсатором (в) и муфтой (г) :
1 — упоры; 2 — затяжка; 3 — компенсатор; 4 — соединительная муфта
превращением треугольной решетки в крестовую, а также заменой
плоских элементов уголковыми.
Усиление сжатых элементов по устойчивости, кроме увеличения
площади поперечного сечения, выполняю! уменьшением свободной
длины путем устройства дополнительных элементов в решетке фермы.
Как отмечалось в гл. 2, наиболее Прогрессирующими повреждения-
ми клепаных пролетных строений эксплуатируемых мостов являются
расстройство заклепочных соединений и усталостные разрушения. Рас-
стройство заклепок в прикреплениях элементов главных фёрм наибо-
лее интенсивно идет в крайних поперечных рядах соединений. По мере
расстройства заклепок повышается концентрация напряжений у кро-
мок заклепочных отверстий, в связи с чем значительно ускоряется про-
цесс накопления усталостных повреадений и появления усталостных
трещин в прикрепляемых элементах, работающих на растяжение или
с преимущественным растяжением. В связи с этим возникает необхо-
димость повышения усталостной долговечности прикрепляемых заклеп-
ками элементов и предупреждения расстройства заклепок.
Наиболее эффективным способом решения этой задачи является
частичная замена наиболее нагруженных заклепок, расположенных в
двух-трех крайних поперечных рядах, высокопрочными болтами
(рис. 9.11). После замены заклепок высокопрочными болтами резко
снижается (иногда в 2-3 раза) концентрация напряжений у кромок
отверстий, в которые поставлены высокопрочные болты, и сдвиги
соединяемых элементов по контактам. В результате значительно замед-
ляется процесс накопления усталостных повреждений и соответственно
повышается остаточный ресурс по выносливости этих элементов, а так-
I
1'
Рис. 9.11. Схема главной фермы и уси-
ления раскоса 9 заменой заклепок вы-
сокопрочными болтами (крестиками
обозначены заклепки, кружочками с
черточкой высокопрочные болты)
368
же снижается скорость механического износа контактных поверхностей
соединяемых элементов, а следовательно, и расстройство оставшихся
в соединении заклепок. Высокопрочные болты, расположенные в конце
раскоса (см рис. 9.11), повышают усталостную долговечность фасонки,
а у кромки фасонки — раскоса.
Усиление таким способом, как правило, позволяет повысить оста-
точный ресурс по выносливости прикрепляемого элемента до исчерпания
его грузоподъемности дго прочности. Если элемент имеет недостаточный
класс по выносливости и по прочности, то его усиливают обычным спо-
собом.
Наиболее распространенным недостатком связей между главными
фермами старых пролетных строений является недостаточная жесткость
их элементов. Это приводит к провисанию связей, значительным их ко-
лебаниям при проходе поезда и к снижению жесткости пролетных строе-
ний. Вследствие колебаний связей происходит расстройство их прикреп-
лений и нередко в них возникают усталостные трещины. Такие связи
необходимо усиливать. При усилении гибкость элементов связей повы-
шается до значения, устанавливаемого техническими условиями, путем
увеличения сечений связей или уменьшения их свободной длины. В по-
следнем случае элементы нижних продольных связей удобно прикреп-
лять к балкам проезжей части.
9.5.	Расчет усиления металлических пролетных строений
При усилении отдельных элементов ферм и балок увеличением пло-
щади их сечения (добавлением нового металла) расчет можно произво-
дить обычным способом, вычисляя напряжения в усиленном элементе,
или способом, применяемым при классификации пролетных строений.
Последний способ используют наиболее часто (см. п. 5.5).
Расчет усиления отдельных элементов ферм предварительно напря-
женными затяжками имеет особенности, связанные с возможностью
регулирования усилий между усиливаемым элементом и затяжками.
При этом в широких пределах можно изменять характеристики цикла
нагружения усиливаемого элемента: от цикла с преимущественным рас-
тяжением до цикла с преимущественным сжатием. При усилении отдель-
ного элемента фермы затяжкой образуется локальная статически не-
определимая система ’’стержень — затяжка”, которая воспринимает
то же усилие, что и элемент до усиления. Это не отражается на работе
других элементов статически определимых ферм. В статически неопре-
делимых системах установка затяжки в пределах длины элемента ока-
зывает влияние на перераспределение усилий между элементами систе-
мы вследствие изменения жесткости усиливаемого элемента и его дефор-
мации при усилении, но оно незначительно, и им, как правило, можно
пренебречь при расчете усиления.
369
Рис. 9.12. Расчетная схема при усилении элемента
пролетного строения предварительно напряженными
затяжками
Предварительно напряженными затяжками усиливают растянутые
и преимущественно растянутые элементы по прочности и выносли-
вости.
Расчет усиления элемента на прочность обычно выполняют на осно-
вании классификации. При этом подбирают рациональное усилие пред-
варительного напряжения X с тем, чтобы получить минимальную пло-
щадь брутто затяжки сг>2, удовлетворяющую пропуску временной вер-
тикальной равномерно распределенной нагрузки к после усиления.
Уравнения, отражающие работу предварительно напряженного элемента,
должны удовлетворять условиям обеспечения грузоподъемности эле-
мента после усиления [уравнение (9.1)], прочности затяжки [уравне-
ние (9.2) ], условию совместности деформации системы ’’стержень —
затяжка” [уравнение (9.3)] :
’М "пУ+ Xi = к'^к + ер РпрПр’	(91)
п X + X = R т w ф ;	<9-2)
11	4	л- *• Л-
370
к'Пк m0W2
(9.3)
% + т0 “2
R^, R^ — расчетные сопротивления металла усиливаемого элемента и затяж-
тГ т1~ коэФФициенты условий работы усиливаемого элемента и затяжки;
Wj — площади поперечного сечения брутто соответственно усиливаемого
тде
ки;
.
элемента и затяжки; ф , ф^ — коэффициенты ослабления сечения усиливаемого
элемента и затяжки; - площадь положительного участка линии влияния;
£2р - площадь линии влияния загружения постоянной нагрузкой; р — интенсив-
ность постоянной нагрузки пролетного строения; е - доля постоянной нагрузки,
приходящейся на рассматриваемую ферму; X — усилие предварительного напря-
жения; - усилие самонапряжения затяжки (дополнительное усилие в затяж-
ке от временной нагрузки); £ ’ — предельная временн-я вертикальная равномерно
распределенная нагрузка для данного элемента; п — коэффициент надежности
для постоянной нагрузки;	— коэффициент надежности для усилия предвари-
тельного напряжения затяжки («п = 1,1 или «п — 0,9); при надежном контроле
усилия предварительного напряжения ~ 1;	— коэффициент, учитывающий
различие в деформативности затяжки и усиливаемого элемента.
В свою очередь
*' = fcH(l+ ц)Коекпк,
где - эталонная эквивалентная нагрузка для схемы Н1; 7<0 — класс нагруз-
ки после усиления; — доля временной нагрузки, приходящейся на рассматри-
ваемую ферму; »к~ коэффициент надежности для временной нагрузки.
Коэффициент т в формуле (9.3) учитывает такие факторы, как
различие в длинах усиливаемого элемента h и затяжки I? (длина
усиливаемого элемента равна расстоянию между центрами его при-
крепления, длина затяжки /2 — расстоянию между площадками пере-
дачи усилий с затяжки иа упоры (рис. 9.12); различие в модулях упру-
гости металла элемента и затяжки Еу и /? • упругую податливость
закрепления затяжки 62 и др.
Коэффициент
'1*2
”>0^-----~~
Z2^(1 +
^2 ^2 *2
12
(9.4)
В расчетах удобно получать соотношения между заданными пара-
метрами усилия и искомыми значениями (со2, X, Х^. С этой целью все
компоненты, входящие в формулы (9.1) — (9.3), целесообразно выра-
371
зить через величины,
wi и
с -	к .
С« ’
отнесенные к параметрам усиливаемого элемента
xi
ще а — действительное напряжение в усиленном элементе от предварительного
напряжения и постоянной нагрузки (положительное значение соответствует сжи-
мающим напряжениям в элементе, а отрицательное - растягивающим).
Решая совместно уравнения (9.1) — (9.3), с учетом сделанных пре-
образований получим:
(rm2 + т0 mt) (С„ - ф, т,)- ф, m, тр Х	&
 '	Ф^ + X)
У =х0^1«1+ «рерРПр;
W/X+ *0)
gj =
Г ^2т2- % (*0 +
(9-7)
(9-8)
При вычисленных по формулам (9.6) — (9.8) значениях парамет-
ров обеспечивается после усиления грузоподъемность элемента при ра-
боте его на растяжение.
Сжаторастянутые элементы, работающие при преимущественном
растяжении, нужно дополнительно рассчитать на сжатие в связи с тем,
что созданные в них при усилении предварительные сжимающие напря-
жения снижают их несущую способность при работе йа сжимающие
усилия.
Класс элемента после усиления по сжатию
"Л
Кс =	хо> О + гто>’	(9.9)
н /С
где к*? Ц.(с) ~ эталонная эквивалентная нагрузка для схемы Н1 и площадь
линии влияния, соответствующая загружению для определения сжимающего уси-
лия в элементе; р — коэффициент уменьшения расчетного сопротивления при
продольном изгибе.
372
При классе элемента по сжатию AV, меньшем заданного класса уси-
ления, уменьшают усилие предварительного напряжения X.
Расчет элемента, усиленного предварительно напряженными затяж-
ками, на выносливость отличается от расчета на прочность введением
коэффициентов понижения расчетных сопротивлений для металла эле-
мента и затяжки у2- Кроме того, при расчете на выносливость не
вводят коэффициенты надежности к нагрузкам и принимают1 понижен-
ные значения динамического коэффициента. Уравнения, отражающие
особенности работы усиленного элемента на выносливость, имеют вид:
х ★ х^ к*пк+ Рпр-	(910)
У+ X, - R2y2 ь>2 ф2;
(9.11)
(9.12)
*в Пк то ^2
“1 + m0W2
где ^н(1 + з АО Kq - расчетная временная вертикальная равномерно
распределенная нагрузка для рассматриваемого элемента при расчете на выносли-
вость.
Коэффициент понижения расчетного сопротивления металла уси-
ливаемого элемента
7
1
~—1----- (а - Ъ р )
2ку°-1
(9-13)
где ку — коэффициент, учитывающий рассеяние предела выносливости; О_ —
предел выносливости При коэффициенте асимметрии цикла р — - 1; р1 - коэф-
фициент асимметрии цикла изменения напряжений в усиливаемом элементе;
«р Ъ — коэффициенты, завизящие от рода металла:
а-------- —ф- Ь =——
1 f 1	$
+ ф,
где р1 - эффективный коэффициент концентрации напряжений; ф = —;
а
в
Ов — временное сопротивление металла усиливаемого элемента; £ - коэффициент
режима нагружения.
373
С учетом принятых обозначений
*1 * снСн.-*1 -*
*1 + сн- *1-*
(9.14)
% (с)	£РРПР
где а —	—	; у. -
Н £lk 1
При определении х значение Xf вычисляют по формуле (9.12).
Подставив выражение (9.14) в формулу (9.13), получим
J--- [ а, (с +Х, —’х-х.) - Ь, (с а +Х.—Х-Х.)]
1 1' н Л1	1	1н и 1	1
Затяжки — обычно наиболее слабые элементы по выносливости.
Это связано с тем, что их изготавливают из высокопрочной стали, и они
имеют высокую концентрацию напряжений в зонах резьбовых соедине-
ний. Поэтому расчет затяжек на выносливость и их конструирование —
одна из важных задач при проектировании усиления.
Коэффициент понижения расчетного сопротивления металла затяж-
ки при расчете на выносливость
х (А - В) + Ах,
1
(9-16)
где А — а. /3 + Ъ •, B~a.fi- Ь.-, для низколегированных сталей а. —0,65,
t>2 =0,30; ^ — эффективный коэффициент концентрации напряжений для за-
тяжки.
На основании уравнений (9.16) и (9.5) выражение (9.11) для рас-
чета затяжки на выносливость можно записать так
,	(9 17)
х (А - В) + Ахх ------------------ гг Ф2.	V-* 1 '>
Ri wi
Значения у ну — функции пока неизвестных величин х и х t и
зависят от них нелинейно. Решая совместно уравнения (9.10) — (9.12),
(9.15), (9.17), можно получить выражение х в виде квадратного урав-
нения. Но это уравнение слишком громоздко и при его решении требуется
высокая точность вычислений. Поэтому расчет на выносливость обычно
374
выполняют методом последовательных приближении по следующей
схеме: определяют приближенное значение сс>2 по формуле (9.8), затем
по формулам (9.12) и (9.5) находят и х ; из уравнения (9.17)
определяют х и проверяют выполнение условия 0 < х < -—— + X-
Если х находится за пределами указанной области, то пересматривают
значения исходных параметров. По формулам (9.15) и (9.16) вычисля-
ют у t и уг и проверяют выполнение условий < 1; у^ < 1. При
невыполнении первого условия в дальнейшем принимают = 1, а при
невыполнении второго повторно определяют значение х, приняв в
уравнении (9.17) А = 1,5 = 0, Проверяют выполнение условия вынос-
ливости усиленного элемента по уравнению (9.10), а для сжаторастяну-
тых элементов, кроме того, — класс по устойчивости элемента по фор-
муле (9.9).
Важное значение при проектировании усиления предварительно на-
пряженными затяжками имеет правильный выбор исходных параметров
усиления: соотношения прочностных характеристик материала усили-
ваемого элемента и затяжки (г); эффективного коэффициента кон-
центрации напряжений затяжки (|32); упругой податливости закрепле-
ния затяжки и др.
При выборе материала для затяжки стремятся увеличить г, т. е.
отдают предпочтение стали более высокой прочности. В этом случае, кро-
ме повышения прочностных характеристик, улучшаются характеристики
цикла нагружения затяжки. Затяжки целесообразно изготавливать из
стержневой стали классов С60, С80; анкерное закрепление затяжек
гайками наиболее предпочтительно. Для снижения эффективного коэф-
фициента концентрации напряжений резьбу выполняют методом накатки
с повышенным радиусом закругления в основании резьбы.
На выносливость затяжки большое влияние оказывает упругая по-
датливость закрепления затяжки <5 2: чем выше податливость закрепле-
ния, тем более благоприятный цикл нагружения затяжки в связи с уве-
личением р2, а следовательно, и повышением 7?. На эффективность
усиления оказывает влияние и доля усилия от постоянной нагрузки:
по мере ее увеличения растет эффективность усиления.Поэтому усиле-
ние элементов главных ферм больших пролетов, как правило, эффектив-
нее, чем малых.
Особое внимание при проектировании усйления предварительно
напряженными затяжками нужно обращать на прикрепления усиливае-
мых элементов. После усиления в заклепочных и болтовых соединениях
возрастут сдвиги по поверхностям контактов, что приведет к соответ-
ствующему ускорению износа и расстройства соединений. Для замедле-
ния процесса износа заклепочные соединения в усиливаемых элементах
превращают в клепано-болтовые, заменяя часть заклеПок в крайних
поперечных рядах высокопрочными болтами. Число высокопрочных
болтов определяют расчетом.
375
Глава 10
УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ, БЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ И ОПОР
10.1.	Усиление балочных железобетонных пролетных строений
Способы усиления. Большинство эксплуатируемых на сети желез-
ных дорог страны пролетных строений железобетонных мостов, в том
числе построенных под нормативную -’агрузку 1907 г., имеют грузо-
подъемность, достаточную для беспрепятственного и безопасного про-
пуска всех видов поездных нагрузок — современных и ближайшей пер-
спективы. В тех же редких случаях, когда из-за значительного возраста-
ния поездных нагрузок, неблагоприятного влияния других эксплуата-
ционных факторов и возникающих в связи с этим серьезных поврежде-
ний грузоподъемность пролетных строений оказывается недостаточной,
их усиливают или заменяют новыми. При этом выбор целесообразного
решения обосновывают соответствующим технико-экономическим ана-
лизом.
Обычно потребность в усилении железобетонных пролетных строе-
ний возникает в связи с необходимостью повышения их несущей способ-
ности по нормальным и главным растягивающим напряжениям.
На практике усиление балочных железобетонных пролетных строе-
ний чаще всего производят путем увеличения их поперечного сечения
добавлением нового материала (арматуры, бетона) и реже — путем
изменения статической схемы подведением шпренгелей, осуществляе-
мым аналогично усилению металлических пролетных строений.
Выбор способа усиления во многом зависит от физического состоя-
ния элементов пролетных строений, их конструктивного исполнения,
необходимого уровня усиления, условий производства работ и эксплу-
атации мостов и т. п.
Усиление пролетных строений увеличением их поперечного сечения.
Небольшое усиление — до 15 % по нормальным напряжениям (например,
в связи с ослаблением коррозией сечений рабочих стержней) — дости-
гается добавлением растянутой арматуры поясов главных балок, как
показано на рис. 10.1, а. Предварительно скалывают защитный слой бе-
тона и примерно до половины диаметра обнажают стержни рабочей арма-
туры нижнего ряда 2. Новую (дополнительную) арматуру 3 привари-
вают к старой (после ее очистки от грязи и коррозии) через коротыши 4
длиной по 10—20 см. После этого удаленный защитный слой бетона вос-
станавливают торкретированием или набрыэгом по технологическим
правилам, утвержденным Главным управлением пути МПС. В этом слу-
376
Рис. 10.1. Схемы усиления железобетонных балок добавлением арматуры:
а — с приваркой стержней через коротыши; б — с приваркой каркаса; в —
бетонированием в опалубке; 1 — новый бетон; 2 — существующая арматура;
3 — продольная арматура усиления; 4 — коротыш; 5 — наклонный стержень;
6 — место приварки новой арматуры; 7 — прямой хомут; 8 — наклонный хомут;
9 — опалубка; 10 — загрузочная воронка
чае высота балки практически не изменяется, а увеличение площади се-
чения арматурой 3 учитывается только в проверках на временную на-
грузку.
Значительно большее усиление железобетонных пролетных строе-
ний (до 15 — 35 %) обеспечивается приваркой дополнительного арма-
турного каркаса, состоящего из продольных 3 (рис. 10.1, б) и наклон-
377
W
ных 5 стержней и коротких хомутов 7, 8, и увеличением таким обра-
зом высоты сечений главных балок, что учитывается в перерасчете гру-
зоподъемности. Наклонные стержни 5 проверяют, как отгибы, на пере-
резывающую силу в зоне усиления балки, возникающую только от вре-
менной нагрузки. Хомуты 7, 8 в расчете не учитываются, поскольку
они только подвешивают новые арматурные стержни 3. Работы выпол-
няются в такой последовательности: заготовка каркасов и удаление
защитного слоя бетона; приварка каркасов к существующей арматуре
(в ’’окно”); покрытие старого бетона полимерцементным или эпоксид-
но-тиоколовым слоем толщиной до 1 мм для увеличения сцепления с но-
вым слоем; установка опалубки 9 (рис. 10.1, в); бетонирование сбоку
через загрузочные воронки под давлением столба бетона до 1 м бетоном
не ниже ВЗО на мелком щебне с наружным вибрированием. Бетон луч-
ше приготовлять на водостойком расширяющемся цементе (ВРЦ).
Сложность и трудоемкость установки дополнительного арматурно-
го каркаса, слабая его связь с существующей арматурой являются недо-
статком такого приема усиления балок.
В случае необходимости усиления пролетных строений по главным
растягивающим напряжениям балки заключают в железобетонные обо-
лочки с толщиной стенок не менее 5 см, армируя их отогнутыми стерж-
нями и хомутами. Хомуты оболочки вверху приваривают к арматуре
плиты балластного корыта. Нижние основные добавляемые стержни
арматуры приваривают к нижним существующим или отгибают в стен-
ках оболочки до сжатой зоны, чем воспринимаются главные растяги-
вающие напряжения. Сетка горизонтальной распределительной арматуры
и хомутов в стенках назначается по общим правилам. Бетонирование
производится в опалубке.
При усилении пролетных строений путем увеличения их попереч-
ного сечения для повышения эффективности включения добавляемых
стержней в совместную работу с балками целесообразно выполнить не-
большое натяжение этих стержней до их обетонирования, используя из-
вестные способы и конструктивные решения создания предварительного
напряжения. В частности, при усилении балки железобетонной рубаш-
кой хомуты могут быть предварительно напряженными из стержневой
высокопрочной стали с анкеровкой в плите балластного корыта. Для
этого хомуты пропускают через плиту балластного корыта, на концах
делают нарезку и закручиванием гаек обеспечивают их натяжение.
Стойки и ригели рам, арки и другие конструктивные элементы же-
лезобетонных мостов могут быть усилены также путем увеличения их
поперечного сечения — добавлением арматуры и бетона.
Усиление пролетных строений изменением их расчетной схемы.
По сравнению с металлическими пролетными строениями возможности
использования этого способа крайне ограничены. Для железобетонных
пролетных строений при изменении их статической схемы необходимо
обеспечить совпадение знаков эксплуатационных эпюр внутренних уси-
378
Рис. ] 0.2. Схемы усиления железобетонных балок пшренгелями полигонального
(а. б, в) и горизонтального (г) очертания:
1 — анкерное закрепление; 2 — шпренгель; 3 - распорка
лий до и после усиления. Из всех известных решений этому в наиболь-
шей степени отвечают шпренгельные конструкции усиления, схемы ко-
торых приведены на рис. 10.2.
Выбор схемы шпренгеля определяется конструкцией и грузоподъем-
ностью усиливаемого пролетного строения. Очертание их может быть
прямблинейным или полигональным. При прямолинейном очертании
уменьшаются изгибающие моменты в балке, при полигональном — из-
гибающие моменты и поперечные силы.
Шпренгели обычно формируют из двух ветвей, устанавливаемых
в параллельных плоскостях с двух сторон ребра каждой балки симмет-
рично ее продольной оси. Для их изготовления используют кабели, со-
ставленные из высокопрочной проволоки, собранной в пучки, или из
витых стальных тросов заводского изготовления, а также из стержней
высокопрочной арматуры. С целью эффективной разгрузки балок
шпренгели обычно предварительно напрягают, используя для этого ан-
керные закрепления и оборудование, применяемое при изготовлении
предварительно напряженных конструкций. При необходимости шпрен-
гели могут быть натянуты оттяжкой их в вертикальной плоскости дом-
кратами или установкой распорок между поясом шпренгеля и нижним
поясом балки. Однако у этих способов повышенная трудоемкость вы-
полнения натяжения ввиду необходимости закрепления упоров под кон-
цевые анкеры, а также установки и демонтажа натяжных устройств при
ограниченном свободном пространстве.
В отдельных случаях при малых поперечных габаритах усиливаемо-
го элемента для прямолинейных шпренгелей может быть использован
более простой способ натяжения за счет осуществления многократных
перегибов его ветвей по зигзагообразной линии по длине балки. На
рис. 10.3 соответственно показаны: а — фасад усиливаемого пролетного
строения; б — нижняя грань усиливаемой балки непосредственно перед
натяжением шпренгеля; в — натяжение ветвей шпренгеля одновременно
на всех участках между промежуточными анкерами; г — нижняя грань
усиливаемого элемента после натяжения и фиксации ветвей шпренгеля;
379
д — натяжное приспособление в виде струбцины. Фиксацию ветвей
шпренгеля по зигзагообразным линиям производят с использованием
пар сближенных в направлении к продольной оси усиливаемой балки
фиксаторов, укрепленных между смежными По длине промежуточными
анкерами. Причем фиксаторы расположены ближе к продольной оси бал-
ки^чем промежуточные анкеры.
Для натяжения шпренгелей из высокопрочных арматурных стержней
удобно использовать электронагрев или закручивание концевых гаек.
Особое внимание уделяют защите шпренгелей от коррозии. Кабели
из проволок и тросов защищают специальными антикоррозионными мас-
тиками или помещают в трубки из полимерных материалов с последую-
380
Рис. 10.4. Схема усиления железо-
бетонной балки приваркой плоско-
го листа и обоймы к растянутой ар-
матуре соответственно плиты бал-
ластного корыта и ребра:
1 — существующая арматура; 2 —
лист; 3 — усиливаемая балка;
4 — швеллер (обойма)
щим нагнетанием в них герметизирующих составов на основе тиокола;
стержневую арматуру либо окрашивают обычным способом, либо окрас-
ку комбинируют с металлизацией.
Работы по усилению железобетонных пролетных строений ввиду их
сложности и трудоемкости выполняют рабочие высокой квалификации.
Учитывая, что эти работы проводятся на эксплуатируемых сооружениях
и, как правило, без перерыва в движении поездов, к ним предъявляются
более строгие требования, гарантирующие безопасность и высокое ка-
чество работ.
В последнее время появились разработки в направлении усиления
железобетонных пролетных строений стальными элемёнтами (листо-
выми и прокатными).
На рис. 10.4 и 10.5 показано применение стального листа, приварен-
ного к арматуре,требующей усиления плиты балластного корыта, а так-
же усиление главной балки стальной обоймой в растянутой зоне и на-
клонными тягами в приопорных участках. В этих решениях использует-
ся принцип внешнего армирования, который в последние годы находит
широкое применение, в частности при изготовлении новых и усилении
эксплуатируемых автодорожных мостов.
Повышение грузоподъемности отдельных элементов пролетного
строения может быть также достигнуто путем их разгрузки от постоян-
ной и временной нагрузок. Например, для усиления наружных консо-
лей железобетонных пролетных строений с ездой на балласте разработа-
но разгрузочное устройство (рис. 10.6). Разгрузочное устройство вы-
полнено в виде пакета 2 балок, установленного под рельсовым пу-
тем 3 и опирающегося через опорные подкладки 4 на плиту 6 бал-
ластного корыта пролетного строения 7. Пакет балок установлен попе-
рек продольной оси пролетного строения 7. Балки 8 объединены по
381
Рис. 10.5. Схема усиления железобетонной балки наклонными тягами в при-
опорной части:
1 — болт; 2 — пластины; 3 — наклонные тяги; 4 — упоры; 5 — швеллер
(обойма) ; 6 — полимерраствор
концам над консолями 10 плиты б металлическими листами 5, жест-
ко прикрепленными снизу к балкам 8 и расположенными с попереч-
ным уклоном к оси пролетного строения 7. Сверху к листам 5 при-
креплены параллельно балкам 8 ребра жесткости 11. Опорные под-
кладки 4 пакета балок расположены в плане в пределах стенок 9 про-
Рис. 10.6. Разгрузочное устройство для усиления плиты балластного корыта же-
лезобетонного пролетного строения (на разрезе А — А верхнее строение пути и
балласт не показаны)
382
Рис. 10.7. Устройство для усиления железобетонного пролетного строения с от-
кидными консолями:
7 — откидная консоль; 2 — шарнир; 3 — комплект болтов с гайками, шайбами
и прокладками; 4 — неподвижная часть консоли; 5 — прокладки; 6 — поддер-
живающая (несущая) балка
летного строения 7 для передачи давления от постоянных и временных
(поездных) нагрузок преимущественно в пределах стенок 9, что позво-
ляет разгрузить консоли 10 от давления балласта 1 и повысить их гру-
зоподъемность. Эффективность усиления может быть повышена путем
жесткого прикрепления разгружающего пакета 2 к пролетному строе-
нию в продольном и поперечном направлениях и включения их в совмест-
ную работу.
В некоторых случаях усиление дефектных элементов пролетного
строения может быть выполнено подведением под них различных под-
держивающих конструкций.
В НИИ мостов разработана конструкция усиления пролетных строе-
ний с откидными консолями, грузоподъемность которых из-за разру-
шения шарнирных узлов сопряжения откидной и монолитной частей
консоли резко снижается. Под откидной и монолитной частями консо-
ли перпендикулярно к оси пролетного строения располагают металли-
ческие балки, которые с помощью болтов, пропущенных через сквоз-
ные отверстия в бетоне, соединяют с консолью (рис. 10.7). Такие под-
держивающие конструкции позволяют восстановить эксплуатационные
качества пролетных строений и повысить срок их службы. Преимущест-
вом этого способа усиления наружной консоли по сравнению с ранее
описанным (см. рис. 10.6) является возможность проводить работы без
перерыва движения поездов.
383
10.2.	Усиление арочных каменных и бетонных пролетных
строений
На практике потребность в усилении каменных и бетонных мостов
чаще всего возникает из-за необходимости повышения грузоподъемно-
сти сводов арочных пролетных строений. Обычно применяют способы
усиления, связанные с разгрузкой свода от веса надсводных строений
или возведением дополнительных сводов над существующим сводом,
под ним или рядом с ним.
Усиление свода, связанное с полным или частичным удалением
надсводного строений (кладки) и заменой его железобетонной плитой
минимальной высоты. Этот способ усиления целесообразно использо-
вать в мостах с малыми пролетами (рис. 10.8, д). Плита может опирать-
ся на устои моста или на опоры, устроенные вблизи пят усиливаемого
свода, обеспечивая таким образом либо полную, либо частичную раз-
грузку свода. Из архитектурных соображений щековые стенки сводов
обычно сохраняют.
Для сводов сравнительно больших пролетов (10 м и более) исполь-
зование указанного способа усиления становится неэффективным,
так как для его реализации потребуются значительные затраты, связан-
ные с необходимостью увеличения строительной высоты конструкции
перекрытий и, следовательно, существенной подъемки пути на мосту
Рис. 10.8. Схемы усиления сводов каменных и бетонных мостов:
а — частичной или полной разгрузкой сводов; б — расположением дополнитель-
ного свода сверху существующего; в — то же снизу существующего; 1 — железо-
бетонная плита; 2 — существующий свод; 3 — облегченное надсводное строение;
4 — свод усиления; 5 — уширение опоры
384
и сравнительно больших объемов работ по надстройке опоры. Следует
также иметь в виду, что существенная разгрузка сводов за счет удаления
надсводного строения может неблагоприятно сказаться на их напряжен-
ном состоянии — снизить сжимающие напряжения и увеличить растяги-
вающие от временной нагрузки. Поэтому для сводов больших пролетов
целесообразнее вести усиление путем устройства дополнительных сводов.
Устройство дополнительных сводов. Дополнительный свод соору-
жается в виде бетонной или железобетонной оболочки, устраиваемой
сверху или снизу существующего свода.
I Оболочка сверху существующего свода устраивается с применением
разгружающих пакетов (рис. 10.8, б). При этом уровень рельсового пу-
ти, уложенного на пакетах, делается несколько выше свода, чтобы иметь
достаточную высоту для производства работ. Под прикрытием разгру-
жающих пакетов производят установку арматуры и бетонирование обо-
лочки усиления, а также устройство гидроизоляции. Несмотря на то что
при бетонировании нового свода практически не требуется опалубки,
а его включение в совместную работу со старым сводом оказывается
наиболее полным, этот способ усиления используется в очень редких слу-
чаях, так как проводимые строительные работы затрудняют движение
поездов. К тому же для такой укладки нового свода требуется достаточ-
ная высота надсводной части.
Без перерыва движения поездов может производиться усиление ниж-
ним сводом, опираемым на устои или новые стенки, сооружаемые на
обрезах фундамента (рис. 10.8, в). Работы выполняются без разборки
надсводной части старого моста, но усложняются необходимостью бето-
нирования на кружалах нового свода. Трудность представляет соедине-
ние нового бетона со старым сводом, совместность работы которых обес-
печивается постановкой анкеров, штраблением и т. п. По окончании бе-
тонирования нового свода на 3 сут ограничивают скорости движения по-
ездов. Контроль качества бетонирования производится инъектированием
кладки цементно-песчаным раствором.
При невозможности опирания нового свода на обрезы фундаментов
опор устраивается замкнутая внутренняя оболочка усиления, в которой,
кроме свода и стен, имеется и железобетонный лоток или нижний (об-
ратный) свод.
Усиление сводов боковыми арками. Когда устройство новых сво-
дов невозможно (ограничен подмостовой габарит, малая строительная
высота и т. д.), а также при необходимости совместить уширение старо-
го свода с его усилением, применяется усиление существующих сводов
боковыми арками после разборки старых щековых стенок (рис. 10.9).
Включение арок в совместную работу с усиливаемыми сводами обеспе-
чивается посредством постановки анкеров, штраблением и др. Возве-
дение боковых арок усиления нередко вызывает необходимость в уши-
рении опор. В этом случае чаще всего на всю высоту опор сооружают
железобетонные оболочки (’’рубашки”).
13 Зак. П88
385
Рис. 10.9. Схема усиления свода железо-
бетонными арками, расположенными
рядом с существующим сводом:
1 — существующий свод; 2 — новая
арка; 3 — гидроизоляция
Усиление сводов нагнетанием в кладку цементного раствора. В не-
которых случаях усиление старого свода достигается путем нагнетания
цементного раствора в кладку свода и в надсводную его часть, что вос-
станавливает их целостность и, таким образом, частично обеспечивает
разгрузку свода. Цементацию кладки целесообразно производить и
совместно с другими способами усиления пролетных строений камен-
ных и бетонных мостов.
Набрызгбегонирование сводов. В последние годы для усиления
сводов находит все большее применение безопалубочный метод бетони-
рования набрызгом бетона. Способ набрызга позволяет существенно
упростить производство работ, снизить их трудоемкость и повысить ка-
чество бетона нового свода. Укладку бетона в новые своды выполняют
набрызгом с применением ускорителей твердения или без них с соблю-
дением технологических правил, утвержденных Главным управлением
1 — анкеры с заершенными концами; 2 — кл
новые анкеры; 3 — скважины для нагнетаю
цементно-песчаного раствора; 4 — новь
свод; 5 — существующий свод; 6 — о порш
плита к анкеру; 7 — шайбы; 8 — гайка; 9
место соединения стержня с крюком к анкер!
10 — граница разборки существующего бо
тика; 11 — гидроизоляция; 12 — клип
Рис. 10.10. Схема усиления свода и проемов иабрызгбетонированием (а)
и фрагмент усиления свода и наружной поверхности (б)
386
пути МПС. Благодаря высокой адгезии набрызгбетона обеспечивается
надежная связь нового свода с поверхностью кладки старого свода
(рис. 10.10). Включают новые железобетонные своды в совместную
работу напрягаемыми металлическими анкерами, закрепленными в
кладке старых сводов и обжимающие их.
Для установки напрягаемых анкеров в кладке свода пробуривают
скважины, в которые вставляют анкеры с ’’расщепленными” концами
и зажатыми в них клиновидными пластинами. Осторожными ударами по
наружному концу анкеров последние осаживают до упора. Клин раздви-
гает ’’расщепленные” концы анкеров и обеспечивает их закрепление в
скважинах. На наружные концы анкеров надевают опорные плиты, ста-
вят шайбы и гайки. В каждой опорной плите имеются два отверстия:
одно для анкера, другое для нагнетания в скважину цементно/о раство-
ра. Натяжение анкеров производят гаечным ключом вручную. Завер-
шив натяжение анкеров до требуемого значения,производят заполнение
скважин цементным раствором. После закрепления анкеров устанавли-
вают металлические сетки свода и оболочки и производят набрызгбето-
нирование.
10.3.	Усиление опор
Необходимость в усилении опор в основном возникает в связи с
неудовлетворительным физическим состоянием их кладки, когда ме-
рами капитального ремонта невозможно восстановить прочность опоры
до требуемых значений, а также при недостаточной грузоподъемности
конструктивных элементов (тела и фундамента опоры), ограничиваю-
щей пропуск более тяжелых поездных нагрузок. На практике усиление
опор обычно сочетают с их ремонтом.
Деформации эксплуатируемых опор (осадки, сдвиги, наклоны)
обычно вызываются недопустимо большим давлением под подошвой
фундамента. В этих случаях необходимо проведение сложных и трудо-
емких работ, обеспечивающих усиление фундаментов.
Усиление фундаментов опор. Фундаменты опор мелкого заложения,
расположенные на устойчивых грунтах, могут быть усилены путем их
уширения (рис. 10.11). Предварительно (при необходимости) место ра-
боты ограждают водонепроницаемой перемычкой — деревянными или
металлическими шпунтовыми стенками, железобетонными или метал-
лическими оболочками. После откачки воды и удаления грунта бетони-
руют мощные железобетонные консоли, надежно связывая их с телом
старого фундамента штрабами и анкерами. Чтобы при разработке котло-
вана и удалении грунта не повредить основание под подошвой усили-
ваемого фундамента, подошву пристраиваемой части располагают выше
на 1—1$ м. На дно котлована под консолями укладывают опорную же-
лезобетонную плиту. Если в процессе разработки котлована в него по-
13'
Рис. 10.11. Схема усиления фундамен-
та опоры путем уширения:
1 — мощные железобетонные консоли;
2 — забетонированный просвет; 3 —
опорная железобетонная плита; 4 —
гидравлические домкраты
ступает большое количество воды, то опорную плиту бетонируют до
устройства консолей. Между железобетонной опорной плитой и консо-
лями устанавливают гидравлические домкраты. Вводя в действие эти
домкраты, можно по подошве вновь сооружаемых частей фундамента
создать такие же напряжения, какие существуют и под старым фунда-
ментом. В таком состоянии бетонируется просвет, в котором стоят
домкраты. При бетонировании оставляют ниши, через которые извле-
кают домкраты после того, как бетон затвердеет. Применяя этот спо-
соб производства работ, можно добиться того, что вся площадь основа-
ния уширенного фундамента будет работать равномерно.
В некоторых случаях оказывается целесообразным усиление фун-
даментов производить не за счет уширения их подошвы, а за счет увели-
чения глубины закладки фундамента.
Усиление фундамента опоры хорошо может быть выполнено в соче-
тании с железобетонной рубашкой, соединенной с кладкой опоры.
В этом случае вокруг существующего фундамента в грунт погружается
необходимое для восприятия всех нагрузок число свай, по головам ко-
торых сооружается объемлющий новый железобетонный ростверк, на
который и опирается оболочка тела опоры (рис. 10.12). В качестве но-
вых свай, как правило, используют буровые и набивные сваи, так как
вибропогружение или забивка обычных свай оказывают динамическое
воздействие на существующую опору, способное ухудшить ее состоя-
ние. Разделка голов свай, установка опалубки и бетонирование роствер-
ка могут выполняться под защитой шпунтового ограждения или внутри
плавучего ’’кессона” — ящика с дном, из которого после герметизации
щелей может быть откачена вода (хотя бы частично) для производства
работ.
Сваями может быть также увеличена несущая способность фунда-
ментов на опускных колодцах и кессонах. У существующего фундамента
по бокам погружаются буровые сваи. В дальнейшем усилия от сущест-
вующей опоры передают на сваи через железобетонные балки, заделан-
ные в тело усиливаемой опоры.
С целью разгрузки фундамента и уменьшения напряжений под его
подошвой иногда часть тела массивной опоры выше УВВ заменяют бо-
лее легкой столбчатой, рамной или пустотелой конструкцией.
388
Нередко возникает необходимость в усилении фундаментов устоев,
которые подвержены горизонтальному давлению грунта. Вследствие
плохого отвода воды из насыпи за устоями и увеличения давления на
них от переувлажненного грунта, а также подвижки на косогорах при
косом напластовании грунта к руслу реки наблюдаются смещения и
наклоны устоев в пролет.
Выбор способа усиления фундаментов устоев определяется харак-
тером и причиной деформаций оснований. Так, в однопролетных мос-
тах малых пролетов при взаимном сдвиге устоев целесообразно устрой-
ство массивной распорной плиты (рис. 10.13, а) или обратного свода.
При большой высоте насыпи передние стенки устоев могут быть усиле-
ны устройством мощных контрфорсов (рис. 10.13, б). Для уменьшения
горизонтального давления грунт за устоем можно заменить сухой ка-
менной кладкой из постелистового бутового камня, кирпича и др.
(рис. 10.13, в). В сложных случаях (слабые грунты в основании, ополз-
невые явления и др.) для устранения сдвига и сползания устоев в пролет
прибегают к более радикальным способам усиления — превращают устои
в промежуточные опоры с устройством за ними одного или двух допол-
нительных пролетов, перекрывающих неустойчивые участки берега
(рис. 10.14). Удлинение моста с точки зрения стабилизации деформаций
устоев способствует предотвращению как плоского, так и глубокого
сдвига, а также одновременно приводит к выравниванию давления под
подошвой фундамента устоя.
3,1м
План
Рис. 10.12. Схема усиления фундамента
увеличением числа свай:
1 — железобетонная оболочка; 2 — но-
вый железобетонный ростверк; 3 —
металлический шпунт; 4 — набивные
сваи; 5 — деревянный шпунт
389
Рис. 10.13. Схемы усиления фундаментов устоев:
а — устройством распорной плиты; б — устройством контрфорса; в — устройст-
вом сухой кладки за устоем; 1 — распорная плита; 2 — существующая кладкаj
3 ~~ контрфорс; 4 — сухая кладка; 5 — разгрузочный пакет
Рис. 10.14. Схема усиления устоя устройством дополнительных пролетов:
1 — дополнительное пролетное строение; 2 — существующий устой; 3 —
дополнительная опора
,390
Рис. 10.15. Схема усиления опоры железобетонной оболочкой
1 — связи между стенками оболочки;
2 — старая кладка опоры; 3 — несущая
железобетонная оболочка; 4 — анкер
Защиту новых и старых фундаментов опор от действия агрессивных
вод производят битумной обмазкой, но там, где нанесение ее невозмож-
но, применяют ограждения деревянным брусчатым шпунтом или ’’ру-
башкой” из мятой глины, бетона, устраиваемой в бездонном ящике
вокруг опоры. Для защиты свай-оболочек применяют двухслойное по-
крытие на основе эпоксидных смол.
При слабом основании иногда бывает проще и целесообразнее уси-
лить грунт под фундаментом. Для этой цели используют различные спо-
собы его химического или электрохимического упрочнения. Повышение
несущей способности грунтов в основаниях может быть также выполне-
но путем цементации, глинизации или битуминизации. Выбор способов
упрочнения зависит от вида и физического состояния грунтов.
Усиление кладки тела опоры. Тело массивных опор обычно усили-
вают железобетонными оболочками (’’рубашками”), включенными в
работу существующей кладки и разгружающими ее от внешних нагру-
зок. Связь железобетонной оболочки с кладкой опоры обеспечивают
постановкой анкеров (штырей) и штраблением ее поверхности. Для
активного включения оболочки в совместную работу оголовок опоры
перестраивают, заменяя старую опорную площадку на новый мощный
железобетонный подферменник, опертый на верх оболочки. Низ оболоч-
ки опирают на обрезы фундамента. Таким образом, путем передачи по-
стоянных и временных нагрузок с пролетных строений на оболочку до-
стигается максимальное усиление кладки опоры (рис. 10.15).
По условию трещиностойкости толщину усиливающих железобетон-
ных оболочек на массивных опорах принимают равной 0,10—0,15 пол-
ной толщины опоры, но не менее 16 см. Арматуру такой оболочки вы-
полняют в виде двух сеток из стержней диаметром 12-25 мм с ячей-
кой 10— 20 см.
Устройство железобетонных каркасов является одним из целесооб-
разных способов усиления массивных опор, предупреждающих развитие
391
имеющихся в опоре дефектов и обеспечивающих ее дальнейшую нор-
мальную эксплуатацию.
На промежуточных опорах каркасы выполняют обычно в виде
одного или нескольких горизонтальных поясов высотой 1—1,5 ми тол-
щиной 25—40 см. Количество поясов зависит от состояния опоры. Го-
ризонтальные трещины перекрывают одним поясом, а вертикальные
и наклонные трещины — двумя-тремя и более по высоте опоры
(рис. 10.16). При устройстве поясов по всей высоте опоры верхний пояс
устраивают на уровне низа карнизного камня, а нижний пояс — выше УМВ
(по условиям производства работ). Расстояние между осями поясов по
высоте опоры принимают не менее толщины опоры по фасаду. Армируют
пояса, как и оболочки, сетками из стержневой арматуры диаметром
до 25 мм, которые крепят к кладке опоры с помощью стальных анкеров
диаметром 18-25 мм, заделываемых на глубину 50—75 см (25—30 диа-
метров) .
В районах с умеренным климатом для изготовления железобетон-
ных оболочек и поясов применяют монолитный бетон класса не ни-
же В22,5, а при расположении опоры в зоне переменных горизонтов
воды и льда и в районах с суровыми климатическими условиями — не
ниже В35 и F300 (по морозостойкости).
Устои, в кладке которых образовались глубокие трещины, нару-
шающие монолитность конструкций и существенно снижающие их гру-
зоподъемность, нередко усиливают путем устройства железобетонных
Рис. 10.16. Схема усиления промежуточной опоры железобетонными
поясами
I
392
Рис. 10.17. Схема усиления устоя устройством железобетонного каркаса:
1 — железобетонный каркас; 2 — железобетонная оболочка толщиной 15. см;
3 — стяжка каркаса
каркасов (рис. 10.17). Каркасы образуют из отдельных горизонтальных
и наклонных элементов — ригелей, охватывающих устой по контуру.
При наличии в устоях местйых повреждений (выпучиваний, отслоений
облицовки и общего расстройства кладки) целесообразно включение
в схему каркасов дополнительных элементов, размещающихся в наибо-
лее разрушенных местах. В качестве дополнительных элементов часто
применяют вертикальные ребра, которые могут в случае общего рас-
стройства кладки размещаться равномерно по периметру устоя,образуя
вместе с основными элементами общую каркасную систему по поверх-
ности конструкции. При необходимости каркасы дополняют защитными
железобетонными оболочками. Применение наклонных ригелей на
устоях позволяет в ряде случаев избежать устройства глубоких прорезей
в насыпи для установки задних ригелей. Устройство ригелей поверху
торцов обратных стенок в прорезях производят под прикрытием под-
весных разгрузочных пакетов. Снятие и установку пакетов выполняют
в ’’окно” с соблюдением всех требований безопасного ведения работ.
Пояса железобетонного каркаса по конструктивным соображениям
делают высотой и толщиной соответственно 0,10 и 0,06 высоты устоя из
бетона класса не ниже В20. Армируют пояса арматурой диаметром 18—
20 мм класса А-I, хомутами диаметром 6—8 мм класса А-I с шагом
200—250 мм. Совместную работу каркаса с основным массивом обес-
печивают обычным способом — прикреплением арматурной сетки к
металлическим штырям, заделанным в кладку устоя.
Небольшое усиление (на 8—12 %) массивной опоры выполняют спо-
собом набрызгбетона (см. п. 10.2). В качестве арматуры используют
стальную сетку из проволоки диаметром не менее 6 мм, которую закреп-
ляют в кладке при помощи металлических анкеров. По сетке наносят
набрызгбетон в несколько слоев до получения покрытия требуемой тол-
щины и прочности. Для более существенного усиления массивных опор
(в связи с большими объемами работ) набрызгбетон не применяют.
393
Рис. 10.19. Инъекторы, заделываемые в скважины для нагнетания цементно-пес-
чаного раствора:
а — съемный инъектор с резиновым уплотнителем; б — простейший инъектор
в виде отрезка металлической трубки; в — поверхностный инъектор; 1 — шланг;
2 — хомуты; 3 — натяжная гайка; 4 — обжимная трубка; 5 — трубка инъектора;
6 — уплотнитель; 7 — натяжной винт; 8 — станина шгьектора
394
Предпочтение отдают монолитному бетону, укладываемому в опалубку
с последующим вибрированием.
Работы по устройству железобетонных несущих каркасов (оболочек
и поясов) нередко совмещают с цементацией (инъектированием) клад-
ки опоры. Нагнетая под давлением в тело опоры цементный раствор,
заполняют трещины и пустоты в кладке и восстанавливают ее монолит-
ность (увеличивают плотность, водонепроницаемость и отчасти проч-
ность на сжатие). Для подачи цементного раствора внутрь массива в
кладке с помощью перфораторов бурят скважины диаметром 36—75 мм,
располагая их в шахматном порядке, а при наличии облицовки — в швах
между камнями облицовки (рис. 10.18). Чтобы не бурить скважины в
железобетонных оболочках и поясах, в них оставляют отверстия. Сква-
жины на боковых поверхностях бурят наклонно к горизонту под углом
10-15°, а с подферменных площадок — вертикально и не ближе 0,5—0,6 м
от края кладки во избежание выколов ее при нагнетании цементного
раствора под давлением. Расстояния между скважинами назначают в за-
висимости от состава цементного раствора: 0,8—1,2 м — при нагнетании
раствора без добавок и 1,2—2 м — при нагнетании раствора с пластифи-
цирующими добавками. При одностороннем бурении глубина скважин
не должна быть больше 3/ч толщины опоры во избежание вытекания
раствора с другой стороны и 3/в при бурении с двух сторон.
После окончания бурения скважин и установки инъекторов
(рис. 10.19) все скважины промывают водой, подавая ее сверху вниз
под давлением 0,2 МПа, а затем продувают сжатым воздухом под давле-
нием 0,2 МПа и закрывают до начала цементации деревянными пробка-
ми, обернутыми паклей. Также до начала работ имеющиеся трещины и
"пустые швы, через которые возможна фильтрация инъектируемого рас-
твора, тщательно заделывают паклей или затирают цементным раствором.
Инъектирование цементного раствора производят в одну или одно-
временно в несколько скважин. Скважины, расположенные на боковых
поверхностях кладки, инъектируют последовательно снизу вверх, начи-
ная с самых нижних рядов, а вертикальные — от пентра опоры к краям.
Нагнетание производят до вытекания раствора из законопаченных выше-
расположенных скважин. Для нагнетания раствора применяют специаль-
ные установки, нагнетатели пневматического действия, работающие от
компрессоров, и ручные насосы.
В начале инъектирования нагнетается цементное тесто состава 1:10
при давлении 0,1 МПа, а в конце — раствор с водоцементным отношени-
ем 1:1 при давлении 1 МПа с добавлением пластификаторов в виде 0,25 %
сульфитно-спиртовой барды или до 1 % мылонафта от массы цемента.
Через 5 сут производят контрольное нагнетание в дополнительно пробу-
ренные контрольные скважины. Цементация кладки считается закон-
ченной, если при максимальном давлении раствор в скважины не про-
ходит.
395
При цементации кладки после устройства несущих железобетонных
оболочек и поясов опор нагнетание раствора рекомендуют начинать при
достижении бетоном прочности не ниже 25 % проектной.
10.4.	Механизация работ при усилении мостов
Для механизации ремонтно-строительных работ на мостах приме-
няют большое количество разных машин и оборудования, начиная от
средств малой механизации и кончая комплексом специализированной
техники. Применение машин и механизмов существенно повышает про-
изводительность труда, сокращает сроки выполнения работ и значитель-
но облегчает труд рабочих.
Важным моментом, определяющим степень механизации ремонтных
работ, является подбор соответствующих машин и оборудования, тесно
увязанный с характером, объемом и очередностью производства работ,
а также местными условиями.
Средствами малой механизации оснащают мостовые бригады дистан-
ций пути, выполняющие в основном ремонтные работы в порядке теку-
щего содержания сооружений. Для этого, в частности, используют пере-
движные мосторемонтные комплексы на базе автомобиля ЗИЛ-131
(разработка НИИ мостов и ПТКБ Главного управления пути МПС),
в составе которых имеется оборудование, позволяющее механизировать
небольшие по объему работы по усилению и ремонту каменных, бетон-
ных и железобетонных конструкций (рис. 10.20).
Сложные и трудоемкие работы (частичная или полная перекладка
опор, усиление элементов пролетных строений опор и др.) обычно вы-
полняют специализированные ремонтно-строительные организации же-
Рис. 10.20. Мосторсмонтная летучка:
1 — дополнительная пассажирская кабина; 2 — стреловой гидравлический кран;
3 — параллелограммное устройство; 4 — рабочая люлька; 5 — передвижная ком-
прессорная станция; 6 — кузов; 7,9 — гидравлические опоры; 8 — пульт управ-
ления краном
396
Рис. 10.21. Схема торкретной установки:
1 — компрессор; 2 — воздухосборник; 3 — воздухоочиститель; 4 — шланги;
5 — бак с водой; 6 — цемент-пушка; 7 — сопло
I
лезных дорог (мостопоезда, путевые машинные станции, ремонтные
колонны и др.), а также подразделения мостостроительных организаций.
Действующие табели оснащения этих организаций общестроительной и
специальной техникой позволяют формировать соответствующие техно-
логические комплексы механизированного производства работ.
Механизированные способы усиления и ремонта каменных, бетон-
ных и железобетонных конструкций мостов основаны на применении
комплекса оборудования для приготовления, транспортирования и
укладки бетонных смесей, строительных растворов при торкретирова-
нии поверхности, цементации кладки, устройстве железобетонных обо-
лочек и др. При этом должны быть согласованы параметры как основ-
ного оборудования, так и комплектующего добавочного оборудования.
Для торкретирования поверхностей пролетных строений и опор
применяют специальное оборудование (рис. 10.21), состоящее из це-
мент-пушки, компрессорной станции, бака для воды, водяного и воз-
душного шлангов и сопла с набором наконечников. Дополнительно в
состав оборудования включают растворосмеситель. В зависимости от
условий производства работ оборудование для торкретирования разме-
щают на железнодорожной платформе, автомашине или специальных
тележках.
На практике чаще всего используют цемент-пушку СБ-117
(рис. 10.22) Московского завода строительных машин с рабочим давле-
нием воздуха 0,35 МПа, а также ранее выпускавшиеся цемент-пушки
СБ-13 и С-165. С помощью цемент-пушки подготовленную сухую смесь
песка и цемента равномерно подают в струю сжатого воздуха и по шлан-
гу подводят к выходному патрубку. Здесь сухую смесь смачивают во-
дой и в виде цементного раствора через наконечник сопла наносят на тор-
кретируемую поверхность. Для питания цемент-пушки воздухом приме-
няют компрессоры производительностью по подаче воздуха 5—10 мэ /мин
и рабочим давлением до 0,7 МПа. В условиях производства ремонтных
работ на мостах и трубах наиболее целесообразны прицепные станции
с ротационными компрессорами и дизельными двигателями типов ПР-6М
и ПР-10М. Для смачивания цементной смеси воду к выходному соплу
обычно подают из водяного бака с помощью сжатого воздуха. Возможна
также подача воды непосредственно из водопровода или водяными на-
397
Рис. 10.22. Цемент-пушка СБ-117:
1 — загрузочный бункер; 2 — упор-фиксатор; 3-шланг; 4 — приводной
механизм; 5 — несущая рама; 6 — система регулировочных кранов; 7 —
пакетный выключатель
сосами. В любом случае давление воды в системе водовода должно быть
на 0,05—0,1 МПа больше давления воздуха в шланге. При необходимости
это можно обеспечить, регулируя длину водяного шланга или приподняв
бак с водой на высоту 1—2 м. Сухую смесь цемента и песка, как правило,
готовят на месте производства работ, используя растворосмесители лю-
бых типов, например СО-23Б, СО-46 и СО-26Б при небольшом объеме
работ и С-220А при большом объеме работ.
При большом объеме работ по торкретированию применяют пнев-
матический аппарат КР, который в отличие от цемент-пушки, работаю-
щей на сухой смеси, загружают готовым цементным раствором. Уста-
новка КР состоит из пневматического аппарата КР-75 (в строительных
организациях имеется в большом количестве), компрессора, растворо-
398
мешалки, шлангов и сопла. Сжатый воздух от компрессора по одному
воздуховоду поступает в аппарат КР и выдавливает в сопло готовый
цементный раствор, а по другому воздуховоду — прямо в сопло, где про-
исходит распыление раствора и выброс его через наконечник сопла на
торкретируемую поверхность. Производительность установки КР дости-
гает 3 м3 /ч при расходе сжатого воздуха 2 м3 /мин и максимальном дав-
лении его 0,7 МПа. Для того чтобы цементный раствор не оплывал при
несении его на ремонтируемую поверхность, количество воды в раство-
ре принимают равным 10—15 % массы цемента.
Работы по набрызгу бетонной смеси выполняют при помощи комп-
лекса оборудования, в состав которого входят: машина для нанесения
набрызгбетона, компрессорная станция, бак для воды, трубопроводы
и шланги с соплом, а также сортировочные, дозирующие и смесительные
установки, обеспечивающие подготовку сухой смеси из цемента, песка,
гравия и добавки — ускорителя схватывания и твердения.
Для нанесения набрызгбетона в основном используют установку
СБ-67 Московского завода строительных машин с максимальным давле-
нием воздуха 0,5 МПа и ранее выпущенные установки типа С-630А с дав-
лением воздуха 0,6 МПа, но с меньшей дальностью набрызга бетона
на ремонтируемую поверхность. Максимальный расход воздуха для
установок СБ-67 и СБ-630А составляет 8—10 м3/ч. Поэтому для снаб-
жения их сжатым воздухом применяют компрессорные станции типов
ДК-9М и ПР-ЮМ,производительность которых не меньше 10 м3/ч.
Для приготовления сухой смеси используют растворо- или бетоно-
мешалки любых типов, например С-220А, СБ-101, СБ-30. Воду для
увлажнения сухой смеси подают к выходному соплу так же, как и
в торкретустановке.
Машины СБ-117 и СБ-67, как насосы для подачи сухих строительных
смесей, могут быть использованы не только по своему прямому назна-
чению, но и в качестве пескоструйных аппаратов для подготовки по-
врежденных поверхностей к ремонту.
Для цементации кладки при значительных объемах работ применя-
ют комплект оборудования, позволяющий механизировать весь техно-
логический процесс — от бурения скважины до иньектирования в них
цементного раствора. В состав этого оборудования обычно включают
перфораторы ударно-вращательного действия ИЭ-4707, ПР-18ЛУБ,
ПР-24ЛУБ, растворосмесители СО-23Б, СО-26Б, СО-46, растворона-
сосы СО-29, СО-ЗО, а также растворонасосные установки СО-48, СО-49
и СО-152 (рис. 10.23). В качестве энергетических установок используют
компрессорные станции ЗИФ-51 В, ДК-9М и передвижные электростанции
АБ-2-Т/230Ж, АБ-4-Т/230Ж, АД-10-Т/230 и АД-10-Т/400.
При небольших объемах работ применяют ручные насосы ’’Помон”
(рис. 10.24).
Технологический комплект оборудования для цементации кладки
выбирают для каждого моста отдельно, учитывая объем работ, особен-
399
ности ремонтируемой конструкции, производительность комплектую-
щих механизмов,удаленность от производственной базы и др.
Растворонасосные установки типов СО-48, СО-49 и СО-152, пред-
назначенные для транспортирования строительных растворов, могут
быть использованы не только для инъектирования раствора в кладку,
но и в качестве аппаратов для механизированного производства и нанесе-
ния бетона, расшивки швов и других аналогичных работ. Растворонасос-
ную установку комплектуют, как правило, растворонасосом СО-29 или
СО-ЗО, приемным бункером, виброситом и инвентарным раствороводом,
состоящим из трубчатого стояка с трехходовыми кранами и резино-
тканевого шланга с форсункой. При расшивке кладки форсунку заме-
няют на укладочный расшивник, позволяющий получить вогнутую фор-
му шва. Производительность установки 2- 4 м3/ч, дальность подачи рас-
твора по горизонтали 50—100 м, по вертикали 15—30 м.
При необходимости подачи на расстояние жестких строительных
растворов с небольшой осадкой конуса (4—5 см) применяют растворо-
насосы типов СО-126 и ПБ-1 с производительностью соответственно
2,5 и 6 м3/ч с дальностью подачи раствора по горизонтали 115 и 150 м, по
вертикали 40 и 30 м.
Бетонные смеси, используемые для усиления и ремонта массивных
мостов, обычно приготавливают вблизи сооружения, применяя пере-
движные бетоносмесители типов СБ-101, СБ-116А и СБ-30 производи-
тельностью от 2,6 до 5 м3/ч. Для подачи бетонной смеси к Месту уклад-
ки применяют бадьи и ковши в сочетании с различными кранами, бетоно-
насосы и пневмонагнетатели, виброхоботы, виброжелоба и т. п. При
большом объеме бетонных работ обычно используют товарные бетон-
ные смеси, доставляемые к месту работ специальными бетоновозами.
В качестве средств малой механизации для усиления и ремонта мас-
сивных мостов наряду с основными установками (ведущими и комп-
лектующими) применяют различное сопутствующее оборудование:
машинки для сверления железобетона (бетона, камня) с алмазными
кольцевыми сверлами; перфораторы (ИЭ-4707, ПР-24ЛУБ); отбойные
молотки (ИЭ-4207, М0-6П) и трамбовки (ИЭ-4505); вибраторы (ИВ-98,
Рис. 10.23. Схема насосной установки для цементации кладки опор:
1 — компрессор; 2 — воздухосборник; 3 — воздушный шланг; 4 — загрузочный
барабан нагнетателя; 5 — смесительный резервуар нагнетателя
400
Рис. 10.24. Ручной насос ’’Помон”:
1 — резервуар с раствором; 2 — шток
с поршнем насоса; 3 — рукоятка; 4 —
распределительная коробка насоса; 5 —
ойора насоса
3
ИВ-103, ВП-1); затирочные машинки (СО-112,СО-135); домкраты гру-
зоподъемностью от 3 до 500 т; лебедки с тяговым усилием от 1,5 до
8 т; тали ручные; инструменты для обработки древесины при изго-
товлении опалубки и других вспомогательных конструкций (пилы, ру-
банки, дол бежники) .
Технологические комплекты оборудования выбирают отдельно для
каждого вида ремонтируемых конструкций, поскольку параметры,
объемы и характерные особенности выполнения технологических про-
цессов различны для разных видов конструкций и требуют различных
типов и параметров строительных машин и оборудования, а также
средств малой механизации, предназначенных для сокращения ручного
труда-
Учитывая, что практически все строительные машины и механизмы
относятся к оборудованию повышенной опасности, при работе с ними
необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и производ-
ственной санитарии.
В условиях рассредоточенного расположения ремонтируемых мос-
тов по железнодорожной линии весьма желательным является создание
при дистанциях пути передвижных механизированных колонн, в составе
которых имеется весь необходимый технологический набор машин и ме-
ханизмов, обеспечивающих высокую культуру и эффективность ремонт-
ных работ.
401
Глава 11
РЕМОНТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
11.1. Ремонт клепаных пролетных строений
Из общего перечня работ при ремонте клепаных пролетных строе-
ний наиболее распространенными являются: замена заклепок в узлах
прикрепления элементов, стыках и прикреплениях фасонок главных
ферм и проезжей части; перекрытие повреждений металла накладками;
замена поясов балок проезжей части, ’’рыбок” и отдельных элементов
связей.
Фасонки, накладки, элементы продольных балок и другие детали
и элементы изготавливают по эскизам или чертежам проекта в мастер-
ских или на заводе с предварительной привязкой к существующей кон-
струкции.
Замена дефектных заклепок и болтов. Значительный объем ремонт-
ных работ включает в себя замена дефектных слабых заклепок на высо-
копрочные болты в заклепочных соединениях, а также замена и подтяж-
ка болтов — в болтовых. Слабые и дефектные заклепки последовательно
заменяют высокопрочными болтами, удаляя одновременно не более
одной заклепки в интервалы между поездами, а в прикреплениях с боль-
шим числом заклепок — не более 10 % общего числа заклепок прикреп-
ления. Во избежание расстройства соседних заклепок, деформации за-
клепочных отверстий и повреждений основного металла дефектные за-
клепки удаляют в два этапа. Сначала высверливают головку заклепки
пустотелым сверлом (рис. 11.1, а) или срезают газовым резаком РАЗ-70
(рис. 11.1, б), не допуская сильного нагрева основного металла. Часто
головку заклепки срубают зубилом, предварительно просверлив в ней
отверстие диаметром на 4—5 мм меньше диаметра стержня заклепки и
глубиной на 1—3 мм больше высоты головки (рис. 11.1 ,в). Затем стер-
жень заклепки выбивают из отверстия бородком или- высверливают
(если невозможно выбить).
Диаметр болтов, устанавливаемых в конструкцию по существую-
щим (заклепочным) отверстиям, принимают соответствующим диамет-
ру заменяемых заклепок:
Диаметр заменяемой заклепки, мм . .19-21 23 -25, 26 -27
Номинальный диаметр болта, мм ...	18	22	24
В случае заполнения болтами только новых отверстий берут болты
диаметром,как правило, не более 22 мм.
402.
В необходимых случаях отверстия можно рассверлить до требуемого
диаметра. Длину болтов выбирают в зависимости от толщины стягивае-
мого пакета исходя из условий минимального числа типоразмеров. Высо-
копрочные болты и шайбы перед постановкой в конструкцию очищают
от смазки, грязи и налета ржавчины; гайки проворачивают по всей
резьбе. Все контактные поверхности должны быть очищены от старой
краски, продуктов коррозии, окалины, масляных пятен и грязи. Болты
затягивают в два приема: сначала ручным ключом или гайковертом до
упора, затем окончательно динамометрическим ключом до расчетного
усилия. Затянутые до расчетного усилия болты отмечают краской. Уста-
новив болты, проверяют остукиванием все ближайшие к ним заклепки
и при обнаружении ослабленных заменяют их. Работы по замене закле-
пок высокопрочными болтами выполняет бригада из 3 чел. под руко-
водством мостового мастера.
При сплошной замене заклепок (в узле) на высокопрочные болты
их затягивают вразбежку от середины прикрепления к свободным краям
или в направлении от более жесткой части соединения к менее жесткой
его части (рис. 11.2). Болты, затянутые первыми, после натяжения
остальных болтов подтягивают, так как возможно их ослабление. Сбо-
рочные пробки заменяют болтами в последнюю очередь.
Перекрытие повреждений металла накладками. При появлении в
элементах металлических пролетных строений местных повреждений,
ослабляющих сечение элемента (усталостных трещин, выколов, разры-
вов отдельных частей составных элементов, пробоин, вмятин с трещина-
ми, а также глубоких коррозионных повреждений), их ремонтируют -
ставят накладки. Применяют накладки из стали марки Ст 3 — плоские,
уголковые, двусторонние и односторонние толщиной не менее 10 мм.
Двусторонние накладки лучше передают усилия. Размеры накладок
определяют в зависимости от размера повреждения, типа и сечения эле-
мента, требований по размещению и числу болтов. С каждой стороны
Рис. 11.1. Схема удаления головки заклепки:
а — пустотелым сверлом; б — резаком РАЗ-70; в — обычным сверлом; 1 —
часть головки заклепки, срезаемая сверлом; 2 — часть заклепки, удаляемая бо-
родком; 3 — заклепки; 4 — мундштук; 5 — опорный центр
403
Рис. 11.2. Последовательность затяжки (1 — 5) высокопрочных болтов:
а — в стыке; б — в узле прикрепления
от места повреждения устанавливают не менее двух рядов болтов. Ме-
талл при заготовке накладок режут газовыми резаками или пилами,
кромки обрабатывают. Отверстия в накладках сверлят по разметке
или шаблону, снятому с натуры. Диаметр отверстий должен быть на
1—4 мм больше диаметра болтов. Если накладки устанавливают во вре-
мя ’’окна”, то новые отверстия в элементах для накладок сверлят до
’’окна”. Старые заклепки, мешающие установке накладок, до ’’окна” по
одной заменяют обычными болтами и пробками (по 50 % тех и других).
Трещины в элементах главных ферм перекрывают накладками
после сверления у их концов сквозных отверстий диаметром 14-18 мм
(рис. 11.3) для снижения концентрации напряжений. Суммарная пло-
щадь сечения накладок должна быть больше или равна площади пере-
крываемого элемента. Число болтов в полунакладке определяется в за-
висимости от рабочей площади накладки или прикрепляемого элемента.
Рис. 11.3. Схемы перекрытия трещин накладками в элементах главных ферм:
а — уголковой накладкой.; б — плоскими накладками; 1 ~ высокопрочные
болты в новых отверстиях; 2 — отверстие у конца трещины; 3 — высокопрочные
болты в существующих отверстиях; 4 — уголковая накладка; 5 — трещина; 6 —
фасонка; 7 — раскос; 8 — прокладка; 9 накладки
404
Трещины и выколы в горизонтальных полках верхних поясных
уголков (листов) продольных балок перекрывают горизонтальными
плоскими накладками на всю ширину верхнего пояса балок или уголко-
выми накладками (рис. 11.4). Уголковые накладки необходимо выпол-
нять того же сечения, что и поясные уголки, но с острожкой обушка
уголка. Если накладки ставят с наружной стороны продольной балки, то
сострагивают и горизонтальную полку, чтобы не мешала установке лап-
чатого болта.
Работы по перекрытию трещин и выколов в верхних поясах про-
дольных балок выполняют в ’’окно”, при этом снимают охранные при-
способления и сдвигают мостовые брусья.
Замена поясов балок проезжей части. В продольных балках без
горизонтальных листов верхние пояса заменяют при наличии большого
количества повреждений — трещин, выколов, коррозии. Существующие
поясные уголки заменяют йовыми того же сечения и добавляют гори-
зонтальный лист не менее 10 мм толщиной и шириной на 10—20 мм боль-
ше суммарной ширины пояса.
Чтобы исключить опирание мостовых брусьев на продольные связи,
их устраивают в пониженном уровне и фасонки крепят к поясам через
прокладки толщиной до 20 мм (рис. 11.5). Эту работу совмещают с за-
меной поясов продольных балок. Замену поясов осуществляют с раз-
рывом рельсовой колеи и снятием мостового полотна. Работы в преде-
лах одной панели производят в ’’окно” продолжительностью .3—4 ч.
Замена и ремонт отдельных элементов связей. В прикреплениях
продольных балок к поперечным замену ’’рыбок” производят при йали-
чии трешин в ’’рыбках” или сильном коррозионном повреждении. Тол-
щину устанавливаемых ’’рыбок” определяют расчетом и берут не ме-
нее 12 мм; длину назначают из условия,что каждый конец ’’рыбки” дол-
Рис. 11.4. Схемы перекрытия выколов и трещин в поясных уголках продольных
балок плоскими (о) и уголковыми (б) накладками:
1 — накладка; 2 — поясной уголок; 3 — линия серповидного выкола горизонталь-
ной полки поясного уголка; 4 — вертикальный лист главной балки
405
жен быть прикреплен не менее чем шестью болтами. Замену ’’рыбки”
производят без разрыва рельсовой колеи с подъемкой мостового полот-
на при помощи домкратов. Ремонт выполняют с ограждением места
работ сигналами остановки.
Замену отдельных фасонок и элементов связей производят при на-
личии в них надрывов, трещин, сильных коррозионных повреждений.
Элементы связей изготавливают по существующим. Отверстия в новых
фасонках сверлят при изготовлении, а в диагоналях и распорках,- как
правило, при монтаже по месту через отверстия в фасонках.
Работы по замене связей организуют с учетом конкретных условий
и особенностей объекта. При свободном доступе ко всем узлам ремонт
производят без ограничения движения по мосту. В более сложных слу-
чаях работы ведут с ограничением движения. Если требуется произвести
замену элементов в нескольких панелях, то ремонт ведут попанельно,
учитывая, что одновременное снятие элементов в смежных панелях
не допускается.
В нижних поясах продольных балок (ферм) трещины и другие по-
вреждения перекрывают плоскими или уголковыми накладками по тех-
Рис. 11.5. Схема устройства в продоль-
ных балках новых связей в пониженном
уровне:
а — белка до ремонта; б — балка после
ремонта; 1 — поясные уголки; 2 — про-
кладка; 3 — фасонка
нологии, описанной выше.
Трещины в вертикальных лис-
тах продольных балок у мест
прикрепления их к поперечным
балкам (рис. 11.6, с) перекрывают
обычно двусторонними (парными)
накладками толщиной не менее
10 мм на высокопрочных болтах.
Устанавливают накладки на всю
высоту балки и заводят на уголки
прикрепления продольных балок к
поперечным. Ширина накладки за-
висит от развития трещины. По
ширине накладку заводят за пре-
делы засверленной трещины не
менее чем на два ряда болтов.
В элементах пролетных строе-
ний с повреждениями в виде про-
боин или глубоких вмятин дефор-
мированную часть элемента выре-
зают, кромки отверстий зачищают,
погнутости выправляют, затем ста-
пят двустороннюю накладку
(рис. 11j6, б). Поврежденные эле-
менты связей (диагоналей, распо-
рок, фасонок и т. д.) заменяют по-
элементно. Сечение новых элемен-
тов связей должно быть не меньше,
406
Рис. 11.6. Схемы перекрытия трещин (й) и пробоин (б) накладками:
1 — прокладка; 2 — накладка; 3 — высокопрочные болты в старых отверстиях;
4 - трещины; 5 — существующие заклепки; б — высокопрочные болты в новых
отверстия^
чем у заменяемых. Отдельные элементы связей главных ферм заменяют
в интервалах между поездами без специальных ’’окон”. Запрещается
заменять связи одновременно в смежных панелях.
В соединительной решетке элементы заменяют в такой последова-
тельности: в перерывах между поездами по одной заменяют заклепки
прикрепления поврежденных элементов монтажными болтами, затем
эти элементы по одному заменяют новыми и прикрепляют высокопроч-
ными болтами. Снимать сразу более одного элемента соединительной ре-
шетки в сжатых и сжаторастянутых элементах нельзя.
На эксплуатируемых мостах нередко обнаруживают искривления
отдельных элементов пролетных строений, вызванные ударами негаба-
ритных грузов и другими причинами. Особенно опасны искривления
сжатых элементов. Если стрела искривления превышает */7 радиуса
инерции сечения, то такой элемент нужно проверить расчетом. При зна-
чительном искривлении сжатых элементов их срочно ремонтируют. Вре-
менно усилить такие элементы можно деревянными брусьями с при-
креплением их хомутами. Изогнутые элементы выправляют домкрата-
ми или другими приспособлениями, иногда для этой цели элементы на-
гревают. Следует помнить, что при холодной выправке в металле проте-
кают пластические деформации, которые приводят к изменению его ме-
ханических характеристик. При значительных деформациях и низкой
пластичности стали в зоне деформаций (удлинения) могут возникнуть
трещины. Нагрев металла при определенных температурах и режимах
охлаждения может вызвать неблагоприятные структурные изменения в
стали, поэтому температура нагрева металла в процессе правки строго
выдерживается в пределах 750—850 °C (красный, красно-вишневый
407
цвета). Охлаждают нагретый металл постепенно. Если нельзя обеспечить
хорошее качество выправки элементов, их заменяют (полностью или
частично) при помощи приспособлений, воспринимающих усилие, прихо-
дящееся на заменяемый элемент. При этом можно регулировать усилия
от постоянной нагрузки во вновь поставленном элементе.
Работы по ремонту металлических мостов трудоемки, ответствен-
ны, выполняются в ограниченные сроки, регламентированные интенсив-
ностью движения поездов. Поэтому они должны быть тщательно подго-
товлены, а сам процесс максимально облегчен путем применения различ-
ного рода приспособлений и механизмов.
112. Особенности ремонта сварных элементов и соединений
В последние годы все более широкое внедрение сварных и болто-
сварных конструкций требует учета специфики при проведении работ,
связанных с их ремонтом. Трещины в элементах главных ферм сварных
кцнструкций перекрывают по всему сечению элемента, а не отдельно
(поэлементно), как у клепаных конструкций. Вначале зачищают поверх-
ность элемента и устанавливают место появления трещины и ее конца.
Засверливают конец трещины сверлом диаметром 14—18 мм на всю
толщину элемента для снижения концентрации напряжений и предот-
вращения дальнейшего ее развития. После этого производят консерва-
цию контактных поверхностей путем нанесения краски или грунта на
цинко-силикатной основе. Покрытие наносят слоем 50—60 мкм при тем-
пературе не ниже 3—4 °C. Между очисткой и консервацией перерыв не
должен быть более 3 ч. По натурному обмеру конструкции или элемента
заготавливают шаблон и изготавливают накладки для перекрытия
полного сечения элемента, так как опыт эксплуатации пролетных строе-
ний со сварными конструкциями показал, что установка накладок на
отдельные части элемента с трещинами не является эффективной, и
прекратить таким образом развитие трещины зачастую не удается.
В накладках при их заготовке сверлят полностью все отверстия.
При установке накладок на элемент отверстия в нем сверлят по месту.
Прожигание отверстий в элементах газовой и электросваркой категори-
чески запрещается. Накладки крепятся высокопрочными болтами с
соблюдением требований, изложенных в п. 11.1.
Суммарная площадь сечения накладок должна быть больше или
равна площади перекрываемого элемента до его ослабления болтовыми
отверстиями. Толщина накладок должна быть не менее 10 мм. Число
болтов в полунакладке определяется в зависимости от рабочей площади
накладки или прикрепляемого элемента.
В практике ремонта и эксплуатации мостов известны случаи ремон-
та сварных элементов с трещиной путем приваривания накладок (после
засверливания трещины). Однако, как показал опыт ремонта и экс-
408
плуатации, получить качественный шов не всегда удается из-за отсутст-
вия специального оборудования для сварки (автоматов или полуавто-
матов) или невозможности его применения в условиях эксплуатации
пролетного строения. Кроме того, не всегда бывает достаточно высока
квалификация сварщика для проведения такого рода работ. Поэтому
такой вид ремонта на железнодорожных мостах запрещен.
Продольные трещины в сварных швах элементов при небольшом
их развитии по длине (до 100 мм) после засверливания могут быть за-
варены. Делается это только в исключительных случаях по проектам,
утвержденным Главным управлением пути МПС. Перед заваркой кром-
ки трещины должны быть разделаны под углом 60—80° на всю толщину
элемента или высоту сварного шва. Заваривают трещины полуавтомати-
ческой сваркой под слоем флюса или ручной, применяя электроды с ка-
чественной обмазкой. Следует отметить, что этот вид работ очень трудо-
емок как по подготовке трещин, так и по проведению сварки и требует
очень высокой квалификации исполнителей.
113. Ремонт мостового полотна
От состояния мостового полотна в значительной степени зависит бес-
перебойность и безопасность движения поездов с установленными скоро-
стями. Поэтому работы по ремонту мостового полотна, характер кото-
рых определяется его конструкцией,очень ответственны. Элементы мос-
тового полотна с ездой на металлическом подрельсовом основании (ме-
таллические поперечины, ортотропные плиты и др.) ремонтируют анало-
гично металлическим пролетным строением. Работы по ремонту мосто-
вого полотна с ездой на деревянных поперечинах включают в себя ре-
монт брусьев, скреплений, одиночную или сплошную замену мостовых
брусьев.
Одиночную замену мостовых брусьев выполняют без разрыва рель-
совой колеи: поднимают домкратами мостовое полотно над поясами
продольных балок в интервалы между поездами, т. е. для этих работ
не требуются специальные ’’окна”. При одиночной замене мостовых
брусьев работы выполняют в три периода: подготовительный, основной,
заключительный.
В подготовительный период работы начинают с регулировки зазоров
путевых рельсов для предупреждения выброса пути при его подъеме в
процессе работы. На протяжении всего фронта работ осматривают и сма-
зывают все болты, которые нужно снять или ослабить (лапчатые в
охранных брусьях и горизонтальные, прикрепляющие брусья к противо-
угонным уголковым коротышам). Новые брусья предварительно подго-
тавливают и складывают на мосту с соблюдением габарита. Рабочие вы-
соты, положение врубок, отверстия для лапчатых и других болтов для
новых мостовых брусьев определяют непосредственным обмером заме-
няемых брусьев.
409
В основной период после ограждения места работ сигналами оста-
новки снимают болты, расшивают путевые рельсы и контррельсы (угол-
ки) на заменяемом брусе, ослабляют гайки и болты соседних брусьев.
Затем, поддомкрачивая одновременно обе нити путевых рельсов на
высоту, превышающую врубку, удаляют старый мостовой брус. Вытас-
кивать старые и затаскивать новые брусья следует только шпальными
клещами. Удалив старый мостовой брус за пределы места работ,очища-
ют и окрашивают пояса в местах опирания мостового бруса. Затем
укладывают новый брус на свое место, рельсы пришивают на каждом
конце бруса не менее чем двумя основными костылями (шурупами),
устанавливают все лапчатые болты и болты, прикрепляющие противо-
угонный (охранный) брус (уголок) к мостовому, а контррельсы
(контруголки) скрепляют с мостовым брусом двумя костылями (шу-
рупами). После этого можно пропускать поезда.
В заключительный период устанавливают настил, забивают (завер-
тывают) недостающие костыли (шурупы) , подтягивают лапчатые болты,
добивают ранее поставленные костыли и дотягивают шурупы. Одиноч-
ную замену мостовых брусьев выполняет бригада из 6 чел. под руковод-
ством мостового мастера.
Сплошную замену мостовых брусьев выполняют в ’’окно” двумя
способами: без разрыва рельсовой колеи и с разрывом рельсовой колеи,
по специально разработанному проекту.
В подготовительный период при сплошной замене мостовых брусьев,
кроме работ, предшествующих одиночной замене, входит нивелировка
обеих рельсовых нитей и поясов балок или ферм, на которые уложены
мостовые брусья. По результатам нивелировки путь на мосту приводят
в проектное положение при помощи карточек (деревянных или метал-
лических прокладок), укладываемых под рельсовые подкладки. Рабочая
высота каждого нового бруса определяется как разность ординат про-
ектного продольного профиля подошвы рельса и верха поясов балок
или ферм с учетом толщины подкладки. Новые мостовые брусья подго-
тавливают на специальных площадках по шаблонам с использованием
средств механизации. После ограждения места работ сигналами умень-
шения скорости снимают лапчатые болты с каждого второго бруса, от-
винчивают гайки с болтов, крепящих брусья к противоугонным угол-
кам, выдергивают по одному костылю в прикреплениях путевых рель-
сов (или опробывают шурупы) и смазывают гайки рельсовых скрепле-
ний и стыков.
В основной период работы выполняют с разрывом рельсовой колеи
или без разрыва в зависимости от продолжительности ’’окна”. Без раз-
рыва рельсовой колеи работы ведут в такой последовательности. После
ограждения места работ сигналами остановки расшивают контррельсы,
разболчивают их стыки и сдвигают вдоль пути; с заменяемых мостовых
брусьев снимают оставшиеся лапчатые болты, на соседних участках
(в зоне подъемки полотна) ослабляют лапчатые болты, затем поднимают
410
путь домкратами на высоту 3—5 см в зависимости от глубины врубки
брусьев. Домкраты на деревянных прокладках устанавливают на пояса
балок (ферм) между мостовыми брусьями. После подъемки пути вы-
дергивают костыли, снимают прокладки и убирают клещами старые
брусья. Иногда один из рельсов поднимают на 10—15 см — это облегчает
уборку старых мостовых брусьев. Расшитый брус вначале сдвигают кле-
щами в сторону рельса, поднятого на 10—15 см, пока конец не выйдет из-
под подошвы другого рельса, затем поднимают брус над рельсом и кле-
щами перемещают его в обратном направлении, вытаскивая в сторону.
Новый брус укладывают в обратной последовательности. Перед уклад-
кой новых мостовых брусьев пояса балок очищают от грязи и окраши-
вают. Для пропуска поездов после замены брусьев убирают домкраты,
рельсовый путь зашивают двумя костылями на каждом конце нового
бруса и добивают костыли в соседних брусьях, ставят лапчатые болты на
каждом втором новом брусе. После окончания этих работ и проверки
пути по шаблону дают распоряжение о снятии сигналов остановки. Поез-
да пропускают с ограничением скорости.
С разрывом колеи заменяют брусья следующим образом.'После
ограждения места работ сигналами остановки на заменяемых брусьях
снимают оставшиеся лапчатые болты, разболчивают стыки рабочих
рельсов и контррельсов, расшивают и сдвигают рельсы и контррельсы
вдоль моста, убирают старые брусья, очищают и окрашивают верхние
пояса балок (ферм) и раскладывает новые заготовленные брусья в
соответствии с произведенной разметкой. Каждый второй брус крепят
лапчатыми болтами. Раскладывают скрепления, надвигают путевые
рельсы, сболчивают стыки и пришивают рельсы. Поезда пропускают
с ограничением скорости после проверки состояния пути.
В заключительный период в полном объеме ставят лапчатые болты
и костыли, укладывают контррельсы и настил, т. е. подготавливают
мостовое полотно к нормальной эксплуатации. По окончании этих ра-
бот и повторной проверки пути снимают сигналы ограничения скорости.
Сплошную замену мостовых брусьев выполняют, широко используя
механизацию, краны или специально оборудованные путеукладчики.
Разборку и укладку мостового полотна лучше всего выполнять
по технологии, разработанной ПТКБ Главного управления пути МПС.
Согласно этой технологии для уборки и укладки звеньев мостового
полотна применяют путеукладочные поезда, состоящие из путеукладоч-
ного крана и роликовых платформ, переоборудованных для работы со
звеньями мостового полотна. Путеукладочные краны оснащены спе-
циальной траверсой, которая позволяет снимать и укладывать звенья
мостового полотна так же, как и путевую решетку, а транспортировать
их через портал крана в наклонном положении под углом 41—42°
(рис. 11.7) к горизонту, так как звено мостового полотна имеет ширину
3250 мм, а путевая решетка — 2700 мм.
Мостовое полотно укладывают в такой последовательности. Звено
на первой от крана платформе стропуют специальной траверсой так, что
411
Рис. 11.7. Схема транспортирования че-
рез портал путеукладочного крана звена
мостового полотна в наклонном поло-
жении:
1 — траверса; 2 — портал крана; 3 —
звено Мостового полотна; 4 — платфор-
ма крана; 5 — ролики
при подъеме оно поворачивается на угол 41—42° к горизонту. В таком
положении его проводят через портал крана и временно кладут на путь
для перестроповки. После перестроповки звено поднимают уже в гори-
зонтальном положении, краном подводят к месту укладки и опускают
на пролетное строение. По роликовым платформам к крану подтягива-
ют следующее звено и цикл укладки повторяют (рис. 11.8). Старое
мостовое полотно убирают в обратном порядке. Прикрепляют мостовое
полотно к пролетному строению при помощи электро- или пневмосвер-
лильных мостовых машин и гайковертов.
Работы по замене мостового полотна ведут два поезда, в составе
каждого из которых находится путеукладочный кран. Один поезд (раз-
борочный) с порожними роликовыми платформами, двигаясь краном
назад, разбирает старое мостовое
полотно, другой (укладочный), с
платформами, загруженными но-
выми звеньями, двигаясь краном
вперед, укладывает их. Кранами
УК-25/9 можно снимать и уклады-
вать звенья мостового полотна на
деревянных брусьях длиной 12,5 м,
а кранами УК-25/9-18 — звенья
такой же длины на железобетонных
плитах.
Темп замены мостового полот-
на на деревянных брусьях по техно-
логии ПТКБ составляет примерно
50 м/ч, а мостового полотна на
железобетонных плитах — 25 м/ч.
Разборку и укладку звеньев мос-
тового полотна на деревянных
брусьях возможно осуществлять
путеукладочными кранами без уси-
ленной стрелы и поворотной тра-
версы. Разборка в этом случае
производится звеньями длиной
12,5 м. Краном снимается звено и
транспортируется на стреле до мес-
та разгрузки (до ближайшей стан-
ции). Затем кран возвращается за
следующим звеном.
В практике замены мостового
полотна известна также челночная
технология. Ее суть заключается в
следующем: разборка полотна про-
изводатся с погрузкой его элемен-
тов на платформу крана. При этом
412
Рис. 11.8. Этапы укладки мостового полотна специализированным поездом:
I — захват звена, подъем его и поворот на угол 41°; II — опускание звена на
путь, перестановка, подъем в горизонтальном положении, подача к месту укладки;
III — укладка звена; 1 — новые звенья мостового полотна; 2— путеукладочный
кран; 3 — роликовые платформы
полотно разрезают на звенья длиной не более 2,7 м, поднимают краном,
разворачивают на 90° и грузят на платформу крана. Укладка новых
звеньев длиной 12,5 м осуществляется челночным способом, при кото-
ром кран после укладки транспортируемого на стреле звена мостового
полотна возвращается на базу за следующим звеном. Время челночной
укладки путеукладочным краном одного звена (в зависимости от рас-
стояния между объектом и базой) составляет 30—60 мин. Мостовое по-
лотно на железобетонных плитах можно укладывать консольными кра-
нами ГЭК-80 или ГЭПК-130 звеньями длиной 25 м. При этом звено от
места сборки транспортируется на стреле крана. В ’’окно”, как правило,,
консольным краном укладывают одно звено. Такая технология не на-
шла широкого применения.
11.4. Защита металлических пролетных строений от коррозии
На эксплуатируемых мостах основной способ защиты металличе-
ских элементов от коррозии — окраска. Срок службы такого защитного
покрытия — от 5 до 8 лет. Защитное покрытие состоит из слоя грунтов-
ки, наносимой на очищенную поверхность элемента, и двух слоев масля-
ной краски или полимерных лакокрасочных материалов. Общая тол-
щина комплексного покрытия должна быть не менее 100—120 мкм.
Способы очистки поверхности пролетных строений. После заверше-
ния всех ремонтных работ поверхности пролетных строений тщательно
очищают от ржавчины, грязи, старой разрушившейся краски, масел
и др. Старую краску в хорошем состоянии (нет ржавчины, отслаивания
и вспучивания краски) не удаляют, а только очищают ее поверхность.
Способы очистки выбирают в зависимости от типа пролетного строения,
степени его загрязнения и поражения коррозией, состояния старой
окраски.
Механическим способом поверхности очищают при помощи механи-
зированного инструмента (обдувкой песко- или дробеструйной, гидро-
абразивной, а также пароструйной или при помощи струи воды высокого
давления, щетками) или вручную (скребками, зубилом, ручными щет-
413
ками) при небольшом объеме работ или когда нужно очистить трудно-
доступные места.
При пескоструйной очистке сухой просеянный кварцевый песок
с зернами диаметром 1-2 мм подают струей сжатого воздуха (давление
у входного отверстия сопла не ниже 0,3 МПа) на очищаемую поверхность
под углом около 45°. Большое распространение получила очистка
(обдувка) смесью стальной и цинковой дроби. Стальная дробь очищает
поверхность металла, цинковая, кроме того, образует на ней тонкий
защитный слой. Промышленность выпускает дробеструйные аппараты
АД-1 и АД-4, имеющие производительность 0,15—0,9 мг/ч при расходе
дроби 3,5 кг/м2. Дробеструйный рекуперативный способ, невзирая на
большую энергоемкость (в 2 раза), недостаточно высокую производи-
тельность (так как очистка идет без варьирования воздушно-абразив-
ного потока оператором), на слипание дроби при ее увлажнении,имеет
преимущество, заключающееся в улучшении условий труда, повышении
качества очистки, а также резкого сокращения расхода песка (1 т дроби
заменяет 20 т песка) и сжатого воздуха (на 15—18 %).
Широко внедряется новый механизированный способ очистки метал-
лических Поверхностей с помощью игио-фрезметаллических щеток, плот-
но обжатых в металлической оправе. Качество обрабатываемой поверх-
ности и производительность труда при этом способе значительно выше
по сравнению с другими способами, что весьма существенно при выпол-
нении противокоррозионных работ в мостовом хозяйстве.
Гйдроструйная и гидроабразивная очистка водой высокого давле-
ния (более 10 МПа) получила распространение на зарубежных желез-
ных дорогах и применяется при содержании петербургских и москов-
ских городских мостов и набережных, а также в опытном порядке на
мостах Октябрьской дороги. Сущность способа в том, что очистка по-
верхности металла производится струей воды давлением 10—40 МПа или
струей воды такого же давления, но с добавлением в нее кварцевого
песка. Струя воды давлением до 40 МПа удаляет все виды пылегрязевых
отложений, жировые и нефтяные пятна, старую плохо держущуюся крас-
ку и рыхлые продукты коррозии. Производительность этого метода в
5—6 раз выше сухопескоструйных. Однако сдерживающим фактором
является появление налета ржавчины очистки поверхности металла.
Термический (огневой) способ заключается в обработке очищаемой
металлической поверхности пламенем ацетилено-кислородной или ке-
росиновой горелки с избытком кислорода до 30 %. В процессе обработ-
ки конструкция высушивается и нагревается, что повышает качество
окраски, которая выполняется вслед за очисткой при температуре окра-
шиваемого металла около 40—50 °C, ускоряет процесс высыхания
краски и позволяет производить окраску при пониженной температуре
воздуха. Термический способ не требует специальной аппаратуры: при
нем используют аппаратуру, применяемую при газовой резке (сварке)
и имеющуюся на всех дистанциях пути. Недостаток способа: при очист-
ке конструкция нагревается до температуры 200—400 °C, при которой
414
происходит ускоренный процесс старения металла, что может привести
к повышению его хрупкости. Газопламенная очистка производится
многопламенными кислородно-ацетиленовыми горелками, например,
ГАО-60, ГАО-2-72, работающими при давлении кислорода 0,5—0,6 МПа
и ацетилена 0,04—0,05 МПа. Горелку перемещают по обрабатываемой
поверхности со скоростью 1 м/мин. При работе с металлом толщиной
менее 10 мм скорость перемещения горелки увеличивают в 1,5—2,0 раза
и очистку проводят в два прохода. Угол наклона горелки к очищаемой
поверхности должен быть в пределах 40—45°. Продукты сгорания и ока-
лину с очищаемой поверхности удаляют проволочными, а затем волося-
ными щетками.
Химический способ очистки поверхности металла основан на приме-
нении специальных составов: смывки (для удаления старой разрушив-
шейся краски) и грунтовок-преобразователей ржавчины. Наиболее пер-
спективны грунтовки-преобразователи, которые позволяют одновремен-
но подготавливать поверхность металла (очищать) и грунтовать ее.
Грунтовки-преобразователи разрешается наносить только на поверхно-
сти, предварительно очищенные от рыхлой и Платовой ржавчины, с тол-
щиной продуктов коррозии до 150 мкм. Следует отметить, что примене-
ние термического и химического способов очистки поверхности метал-
ла эксплуатируемых мостов требует специального согласования в МПС.
Очистка — очень важный этап работы, влияющий на качество окрас-
ки, поэтому ее нужно выполнять .с соблюдением всех предъявляемых
требований. Очищенные поверхности принимаются представителем дис-
танции пути по акту как скрытые работы.
Грунтовка и окраска пролетных строений. Перед грунтовкой очи-
щенную поверхность обезжиривают при помощи кистей, щеток или ве-
тоши, обильно смоченных уайт-спиритом или бензином, с последующей
протиркой поверхности насухо. Если между очисткой и грунтовкой
перерыв составляет более 3 сут, очистку нужно повторить. Хорошо со-
хранившуюся масляную окраску не грунтуют, а окрашивают одновре-
менно с окраской загрунтованной поверхности. При окраске пролетных
строений мостов для обеспечения более прочного сцепления грунтовки
с металлом (адгезии) первый слой наносят кистью, так как грунтовка
при этом лучше втирается в поры и неровности металлической поверх-
ности, а пленка влаги (обычно всегда есть на поверхности металла) в
процессе растушевки удаляется. Отдельные виды грунтовки можно на-
носить распылением. Основные типы грунтовок, используемых при
окраске мостов и выпускаемых отечественной промышленностью, при-
ведены в табл. 11.1.
После высыхания грунтовки раковины, щели и другие углубления
заделывают шпаклевкой. При окраске масляными красками шпаклевку
в виде пасты изготавливают из мелкого порошка, сухого свинцового
или железного сурика и льняной натуральной олифы в пропорции 4:2:1.
Просохшие зашпаклеванные участки окрашивают. На основании иссле-
415
Таблица 11.1. Типы грунтовок, используемых при окраске мостов
Типы грунтовок	Марка	Цвет	Назначение
Эпоксидные	ЭП-00-10 ЭП-057 ЭП-057А	Красно-корич- невый Серый Серебристый	Применяют как стойкое покрытие в условиях тропическо- го и холодного кли- мата. Обладают повы- шеИной противокор- розионной	стой- костью. Наносятся кистью или распыли- телем
Перхлорвини- ловые и сополимер- винилхлоридные	ХС-10, ХВ-050, ХС-059	Красно-корич- невый	Применяют под химически стойкие эмали в условиях умеренного и тропи- ческого климата. На- носят кистью или рас- пылителем
фенолофор- мальдегвдные	ФЛ-03К ФЛ-03Ж	Красно-корич- невый Желтый	Применяют под различные эмали, для металлизацнонных по- крытий (ФЛ-03Ж) ис- пользуют в условиях умеренного и тропи- ческого климата
Фосфатирую- щие	ВЛ-02, ВЛ-08 ВЛ-023	Зеленовато- желтый Защитно- зеленый	Применяют вместо фосфатирования с по- следующим перекры- тием противокорроз и- онными грунтовками в умеренном климате
Масляные	Сурик свинцо- вый сухой Сурик желез- ный густотертый	Оранжевый Красно- корич- невый	Применяют	в комплексе атмосферо- стойких покрытий под масляные краски
даваний, проведенных во ВНИИЖТе, для окраски металлических мостов
рекомендованы различные полимерные лакокрасочные материалы и мас-
ляные краски (табл. 11.2). На практике для окраски железнодорожных
мостов применяются чаще масляные краски, приготовленные на нату-
ральной олифе из льняного масла ’’огневой варки”. Для грунтовки в
качестве пигмента используют свинцовый или железный сурик (см.
табл. 11.1), а для последующих слоев покрытия — цинковые белила с
добавкой 5—7 % алюминиевой пудры. Чтобы не пропустить какой-либо
416
Таблица 11.2. Краски и эмали, применяемые при окраске мостов
Тип покрытия	Марка	Цвет	Назначение
Эпоксидная эмаль	ЭП-057А биметаллическая	Серебристый	Покрытие повы- шенной атмосферо- стойкости для усло- вий промышленной загазованности и мор- ского климата
Перхлорвини- повые и сополимер- винилхлор идные эмали	ХВ-124 ХВ-125 ХВ-113 ХВ-119	Серый Серебристый Серый Светло-серый	Для защиты метал- лических конструк- ций в условиях по- вышенной влажности, морского и холодно- го климата Для условий по- вышенной влажности
Полиуретано- вая эмаль	УР-176	Серый	Атмосферостойкое покрытие металличе- ских конструкций в условиях Повы- шенной влажности морского и холодно- го климета с темпе- ратурами до минус 60°С
Масляные краски	Белила свин- цовые густотертые Белила цинко- вые с 5—7 % алю- миниевой пудры	Белый Бело-сереб- ристый	Для конструкций в атмосферных усло- виях Атм осф ерост ой- кое покрытие в усло- виях умеренного кли- мата
Эмаль	КОРС-М-ПОО	Белый, серый коричневый	Для	конструк- ций в атмосферных условиях. Не требует грунтовки
слой окраски, каждому из них придают свой оттенок. Последующий
слой наносят после того, как высохнет предыдущий.Окраску выполня-
ют при температуре не ниже +5 °C. В последнее время появились новые
эмали, не требующие грунтовки, например, такие^как КОРС-М-1100.
При больших объемах работ по окраске целесообразны механизи-
рованные способы с пневматическим или безвоздушным распылением
или распылением в электростатическом поле. Для механизированной
окраски с пневматическим распылением используют компрессоры с по-
417
14 Зак. 1188
дачей 10—30 м3 /ч при давлении сжатого воздуха 0,3-0,4 МПа, краско-
нагнетательные бачки вместимостью 10—40 л и пистолеты-краскорас-
пылители. При безвоздушном распылении используют установку
УБРХ-1М, а при окраске в электростатическом поле — УЭРЦ-4 с руч-
ным электрораспылителем.
Пролетные строения со сплошными балками рационально окраши-
вать механизированным способом с безвоздушным распылением,
а со сквозными фермами — в электростатическом поле. При малых
объемах работ поверхности окрашивают вручную кистями № 24, 30,36,
Металлизация пролетных строений. Металлизацию — покрытие по-
верхности очень тонким слоем цинка или алюминия — применяют для
защиты наиболее подверженных коррозии элементов. Слой металла на-
носят аппаратами-металлизаторами на очищенную поверхность. Подго-
товку поверхностей для металлизации выполняют обработкой ’’сталь-
ным песком”, не содержащим соединений кремния, или высокотвер-
дыми абразивными материалами с размером частиц 0,8—1,2 мм. Под-
готавливать поверхность химическим или гидроабразивным способом
не разрешается. При высокой влажности очищенную поверхность перед
металлизацией просушивают и подогревают.
Цинковую проволоку Ц1 или АМЦ диаметром 1,5—3,0 мм расплав-
ляют электрической дугой или ацетиленовым пламенем и в таком виде
наносят сжатым воздухом на поверхность конструкции. Металлизация
дает устойчивое против коррозии покрытие, но большая пористость та-
'ких покрытий снижает их эффективность и срок службы. Для устране-
ния этого недостатка металлизацию комбинируют с грунтовкой лако-
красочными материалами. Для цинковых покрытий лучше использовать
грунтовки ЭП-057 и ЭП-О57А, а для алюминиевых — ФЛ-03Ж. Срок
службы комбинированных защитных покрытий металлических элемен-
тов достигает 20—30 лет.
Окраску моста выполняет бригада из 3—5 чел. под руководством
мостового мастера при строгом соблюдении правил техники безопасно-
сти. Рабочие при очистке и окраске пролетных строений должны нахо-
диться на подмостях, в специальных люльках или в смотровых тележ-
ках. При производстве работ с дощатых подмостей без перильного
ограждения рабочие должны пользоваться предохранительными пояса-
ми. Все рабочие, занятые на этих работах, должны быть обеспечены спец-
одеждой и защитными приспособлениями (очками, респираторами
и т. д.) в зависимости от рода выполняемых работ и вредности приме-
няемых окрасочных материалов.
11.5. Особенности устранения повреждений опорных частей
Повреждения опорных частей, такие, как неплотное опирание,непра-
вильное положение элементов опорных частей (перекос и угон катков,
отклонение от проектного положения балансиров и опорных плит), кор-
418
Рис. 11.9. Схема подъемки пролетного строения:
I — опорные части; 2 — домкраты; 3 — страховочные приспособ-
ления
розня и износ катков и поверхностей катания, трещины в элементах
опорных частей, ослабление или разрушение креплений требуют прове-
дения комплекса работ, направленного на их устранение и обеспечение
нормальной эксплуатации пролетных строений и опор.
Устранение неисправностей опорных частей производят, как прави-
ло, в ’’окно”. Работы подготовительного периода включают не только
подготовку материалов элементов, страховочных приспособлений,
установку и проверку подъемного оборудования, но иногда, если это
необходимо, перерасчета отдельных элементов, а также их усиления.
Элементы, на которые передается опорное давление, обязательно прове-
ряют расчетом, а в необходимых случаях усиливают. На опоре в обяза-
тельном порядке выкладывают страховочные деревянные клетки или
инвентарные металлические подкладки на специально подготовленной
горизонтальной площадке. Мощность подъемного оборудования (дом-
кратов) должна превышать опорное давление не менее чем в 1,5 раза.
Домкраты устанавливают под опорной поперечной балкой, под поясами
ферм в опорных узлах (рис. 11.9).
Рис. 11.10. Схема анкер-
ного закрепления:
1 — опорная плита (или
подферменный камень); 2—
анкер; 3 — клин
14
419
В ’’окно” выполняют основные работы по подъемке подвижных
концов пролетного строения домкратами (только после ослабления
всех элементов крепления и разрыва рельсовой нити и контррельсов).
Подъемку осуществляют постепенно с остановками после каждого,
цикла. За один цикл делают подъемку на высоту не более 2 см. После
каждого цикла устанавливают страховочные подкладки (металличе-
ские или из дерева плотных пород). Наибольшее распространение полу-
чил так называемый механический клин, позволяющий проводить под-
клинку непрерывно по мере подъемки пролетного строения. После
подъемки пролетного строения на расчетную высоту его фиксируют и
начинают выполнять работы по выправке опорных частей, катков и др.
Выправка опорных частей — это очень ответственная и трудоемкая ра-
бота.
При большой подъемке меняют подферменные камни, устанавли-
ваемые на высокомарочном быстротвердеющем цементе. При подъемке
на небольшую высоту (1—2 см) производят подливку под нижнюю
опорную плиту раствора на быстротвердеющих высокомарочных це-
ментах. Этот способ требует ’’окна” большой продолжительности —
6—8 ч.
В практике ремонта и эксплуатации опорных частей применяют су-
хую подсыпку цемента, позволяющую ликвидировать неплотность опи-
рания опорной плиты. Лучших результатов достигают при установке
пролетных строений с прокладкой по контактным поверхностям свин-
цовой пластины толщиной 3—5 мм, однако это имело место только на
мостах старой постройки.
При установке опорных частей (выправка катков) обязательно
надо контролировать температуру воздуха, металла и оценивать расчет-
ное удлинение пролетного строения при перепаде температур.
Установка подкладок под опорные плиты или между верхним ба-
лансиром и опорным узлом фермы не допускается, так как неравномер-
ность передачи усилия приводит к появлению новых повреждений в виде
трещин и т. д.
Одновременно с выправкой катков проводят натирку графитной
смазкой поверхностей катания плит и катков.
Ремонт и установку защитных кожухов производят в заключитель-
ный период без ограничения движения поездов.
Замена опорных плит, а иногда и подферменных камней требует
установки анкерных болтов. Анкерные болты устанавливают в шпуры
диаметром 50—75 мм, пробуренные на глубину 12—1,5 м. Хвостовик
закрепляют клиновым анкером (рис. 11.10) с последующим омоноли-
чиванием шпура. Проведение этих работ в условиях эксплуатации свя-
зано с известными технологическими трудностями. При сильном корро-
зионном повреждении катков и опорных плит проводят замену опор-
ных частей, реже проводят обточку и острожку их поверхностей, так как
эти работы очень трудоемки и требуют большой продолжительности
’’окон”.
420
Глава 12
РЕМОНТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
12.1. Способы ремонта пролетных строений
Группы повреждений пролетных строений. Выбор способа ремон-
та производится с учетом причин возникновения неисправности и влия-
ния повреждения на эксплуатационную надежность сооружения (долго-
вечность, работоспособность, грузоподъемность и т. п.). Главными за-
дачами ремонта являются: устранение причин возникновения неисправ-
ности; предотвращение развития неисправности в процессе эксплуата-
ции; восстановление работоспособности конструкции и ее эксплуатаци-
онных свойств.
По характеру своего влияния на долговечность и грузоподъемность
конструкции повреждения пролетных строений железобетонных мостов
можно разделить на три группы:
I группа — неисправности, незначительно влияющие на работоспособ-
ность конструкции, но в случае развития способные стать повреждения-
ми, снижающими ее долговечность. К ним относятся: температурно-
усадочные трещины с раскрытием менее 0,2 мм, сколы бетона без оголе-
ния арматуры, мелкие раковины и поры в бетоне защитного слоя, тре-
щины с раскрытием менее 0,3 мм в конструкциях из обычного железо-
бетона и не более 0,1 мм в предварительно напряженных конструкциях,
незначительные протечки сквозь бетон плиты в зоне водоотводных
трубок и т. п.;
II группа — дефекты, влияющие на долговечность железобетонных
мостов в результате снижения коррозиестойкости и усталостной проч-
ности конструкции в целом или ее отдельных элементов. К этой группе
относятся повреждения, снижающие коррозиестойкость конструкции:
трещины в бетоне защитного слоя, раскрытие которых превышает
0,3 мм в конструкциях из обычного железобетона и 0,1 мм в предвари-
тельно напряженных; сколы, пустоты и раковины в бетоне защитного
слоя с оголением арматуры; протечки сквозь бетон плиты балластного
корыта с выщелачиванием цементного камня; отслоение и разрушение
бетона защитного слоя с оголением рабочей арматуры. К этой же группе
относятся повреждения, снижающие усталостную долговечность кон-
струкции в результате перераспределения внутренних усилий в отдель-
ных элементах: наклонные сквозные трещины в стенке балки, изменяю-
щие свое раскрытие (’’дышащие”) при пропуске нагрузки (возможно
усталостное разрушение хомутов); горизонтальные сквозные трещины в
14в Зак. 1188
421
стенке в месте ее примыкания к плите, имеющие при проходе нагрузки
сдвиговые деформации кромок (возможно усталостное разрушение
хомутов и бетона плиты и стенки при сдвигах более 0,2 мм); зоны
бетона с пониженной прочностью (процент снижения более 50 %), рас-,
полагающиеся в приопорных участках стенки и (или) в плите в средней
трети пролета балки; зоны бетона с пониженной прочностью в месте
примыкания плиты к стенке (шов перерыва бетонирования), приво-
дящие к образованию продольных трещин по всей длине балки. Отдель-
ные повреждения этой группы могут оказывать на конструкцию комби-
нированное воздействие — снижать коррозиестойкость и усталостную
долговечность одновременно. К ним относятся, например, наклонные
сквозные трещины в стенке, имеющие раскрытие более 03 мм;
III группа — повреждения, снижающие грузоподъемность железо-
бетонной конструкции. К ним относятся: горизонтальные сквозные
трещины в стенке в месте примыкания к плите, у которых сдвиг кромок
при проходе нагрузки превышает 03 мм, что, как правило, свидетель-
ствует о разрушении хомутов; снижение прочности бетона плиты в ре-
зультате выщелачивания и размораживания бетона при интенсивной
фильтрации; разрушение бетона опорного узла из-за развития трещин
и раздробления бетона в зоне концентрированной передачи опорной
реакции (особенно при наличии неплотностей в опирании).
Ремонт защитного слоя. Способы ремонта конструкций с поврежде-
ниями I группы должны быть ориентированы на предотвращение их раз-
вития. Так, бетон с температурно-усадочными трещинами рекомендует-
ся защищать от воздействия среды путем нанесения специальных пле-
ночных покрытий. Покрытия позволяют замедлить или смягчить про-
цессы тепло- и влагообмена бетона конструкции со средой и исключают
развитие этих трещин, нарушающих сплошность защитного слоя. В ка-
честве защитных покрытий рекомендуется применять краски на основе
поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ) и латекса СКС-65, а также на
основе перхлорвиниловых смол (ПХВ) и кремнийорганических эма-
лей (КО). В условиях повышенной агрессивности среды используют
покрытия на основе эпоксидных смол (ЭД-20 и ЭД-22). Пленочные по-
крытия наносят на подготовленную поверхность бетона методом пнев-
мораспыления или валиками. Подготовка поверхности бетона преду-
сматривает ее очистку от грязи, пыли и цементной пленки (операция вы-
полняется металлическими щетками с последующей продувкой сжатым
воздухом или с использованием пескоструйной очистки). При загрязне-
нии поверхности маслами, жирами, битумом и т. п. механическая очист-
ка сочетается с химической обработкой растворителями (ацетоном, бен-
зином и т.п.). Для удаления цементной пленки рекомендуется промыть
поверхность бетона 10 % ным раствором соляной кислоты с последую-
щей промывкой водой и высушиванием бетона сжатым воздухом. Тща-
тельная очистка поверхности необходима для обеспечения надежной
адгезии наносимого покрытия с бетоном. Пркрытия на основе эпоксид-
422
Таблица 12.1.
Расход компонентов защитных покрытий
Компонент покрытия	2 |	Расход на 1 м поверх- ности, г
Покрытие на основе эпоксидных смол	
Эпоксидная смола (ЭД-20, ЭД-22)	200
Растворитель (ацетон)	100
Пластификатор (дибутилфталат)	15
Наполнитель (сухой цемент)	100
Отвердитель (полиэтиленполиамин)	12
Покрытие на основе перхлорвиниЛовой смолы	
Эмаль ПХВ-26	100
Растворитель Р-4	30
Химически стойкий лак ХСЛ	100
ных и перхлорвиниловых синтетических смол (табл. 12.1) наиболее
стойки и долговечны, обладают хорошей адгезией к бетону и высокой
деформативностыо.
Кремнийорганические эмали КО применяют для защиты конструк-
ций, эксплуатируемых в условиях повышенной агрессивности среды.
Обычно эмали КО наносят на слой краски ПХВ для повышения долго-
вечности последней при интенсивном воздействии солнечной радиации.
Защитные пленочные покрытия наносят на бетон в два слоя для получе-
ния сплошного укрывного слоя, практически полностью изолирующего
бетон от среды. Защитные покрытия на основе эмульсии ПВАЭ и латек-
са СКС-65 применяют в виде полимерцементных мастик и красок, со-
ставы которых приведены в табл. 12.2.
Полимерцементные краски наносят на слегка увлажненный бетон
методом пневмораспыления или валиком в зависимости от объемов ра-
бот. Для придания покрытию нужного цветового оттенка в краски до-
бавляют пигментные красители в количестве 5—10 % объема цемен-
та (в качестве пигмента применяют охру, железный сурик, окись хро-
ма и др.).
Повреждения защитного слоя (сколы, раковины и поры) устраня-
ют затиркой цементнопесчаными (табл. 12.3) и полимерцементными
(табл. 12.4) растворами и бетонами. В зависимости от объема работ при-
меняют следующие способы ремонта: заделка отдельных выколов,
раковин и других небольших повреждений цементно-песчаным раство-
ром; замена поврежденного участка защитного слоя с оголением арма-
туры цементно-песчаным или полимерцементным раствором для защиты
арматуры от коррозии; устройство нового защитного слоя из полимер-
цементного раствора или железобетонной ’’рубашки” на конструкциях
с разрушенным или карбонизированным защитным слоем.
14в*
423
Таблица 12.2. Составы полимерных мастик и красок
Компонент	Количество компонента в долях по массе при покрытии	
	на основе ПВАЭ	на основе СКС-6 5
Цемент	100	100
Вода	30-40	25-40
ПВАЭ (с 50 % содержания воды)	25-30	—
Латекс СКС-65 (с 50 % воды)	—	20-40
Таблица 12.3. Составы цементно-песчаных растворов и бетонов
Компонент	Количество компонента в долях			
	по массе		по объему	
	Раствор	Бетон	Раствор	Бетон
Цемент	100	100	100	100
Песок	50-150	100-150	60- 170	120-170
Щебень	—	200- 250	—	180- 210
Вода	45-50	45-50	75-85	70-75
Пластифицирующие и				
воздухововлекающие				
добавки :				
СНВ	0,005-0,02	0,005-0,02	0,005 0,02	0,005 -0,02
ГКЖ-94	0,05-0,20	0,05-0,20	0,05-0,20	0,05-0,20
С СБ	0,15—0,20	0,15-0,20	0,15-0,20	0,15-0,20
В пересчете на сухое вещество.
Таблица 12.4. Составы полимер цементных растворов и бетонов
Компонент	Количество компонента в долях			
	по массе		по объему	
	Раствор	Бетон	Раствор	Бетон
Цемент	100	100	100	100
Песок	35-125	100 150	40-140	125-170
Щебень	—	200- 250	—	180-210
Вода	30-35	35-40	50-55	60-70
ПВАЭ (с 50 % воды)	25-30	25-30	45-50	45-50
424
При всех видах ремонта толщина защитного слоя должна быть не
менее 3 см до рабочей арматуры и не менее 2 см до хомутов и распреде-
лительной арматуры.
Для приготовления растворов и бетонов, применяемых для ремонта
защитного слоя, используют портландцементы высоких марок (не ни-
же 500), промытые щебень (максимальная крупность не более 15 мм) и
песок (модуль крупности не менее 2,5). Добавки СНВ (смолы нейтра-
лизованной воздухововлекающей), ГКЖ-94 (гидрофобизирующей жид-
кости в виде 50 %-ной эмульсии) и ССБ (сульфитно-спиртовой барды)
вводятся в состав растворов и бетонов для улучшения его технологиче-
ских и физико-механических свойств, а также для улучшения сцепления
со старым бетоном. Применение добавок обязательно, если ремонтные
работы ведутся в климатических районах с температурой наиболее хо-
лодной пятидневки минус 40 °C и ниже.
Заделка незначительных повреждений защитного слоя производит-
ся, как правило, вручную с помощью кельмы и гладилки. Уложенный
раствор примерно через 1 ч смачивают водой, присыпают сухим цемен-
том и заглаживают кельмой или гладилкой (’’железнят”). При больших
объемах работ наиболее эффективным считается торкретирование, при
котором достигается уплотнение и упрочнение защитного слоя, улуч-
шается сцепление раствора с бетоном и арматурой. Для этого исполь-
зуют торкрет-аппараты или шпаклевочные установки для нанесения вяз-
ких составов (см. главы 10 и 13). Общая толщина защитного слоя
должна быть не менее 20 мм, а при нанесении раствора по сетке слой
торкрета, покрывающий арматуру сетки, должен иметь толщину 12—
15 мм.
Большие площади защитного слоя на боковых и особенно на пото-
лочных поверхностях ремонтируют с устройством опалубки. Опалубка
крепится к конструкции тяжами или дюбелями, забиваемыми в бетон
строительно-монтажным пистолетом. Для бетонирования в опалубке
устраивают окна или закладные доски. Выдержка бетона в опалубке
должна быть не менее 3 сут. Сразу после распалубки заново уложенный
защитный слой увлажняют и выдерживают в увлажненном состоянии
в течение 7 сут. Температура воздуха во время бетонирования и ухода
за цементными и полимерцементными растворами (бетонами) должна
быть не ниже плюс 10 °C.
Ремонт пролетных строений с трещинами, относящимися ко II груп-
пе повреждений. Способы ремонта назначают в зависимости от меха-
низма влияния повреждения на работоспособность конструкции. Кор-
розиеопасные трещины, раскрытие которых превышает допускаемые
нормами значения, подлежат герметизации. При этом полость трещины
полностью изолируют от внешней среды, чем исключается возможность
коррозии арматуры под воздействием влаги и агрессивных газов. В за-
висимости от характера деформаций бетона в зоне трещины устраивают
жесткую или эластичную герметизацию. Трещины большого раскрытия
425
(более 0,5 мм), ”не дышащие” при проходе временной нагрузки, можно
герметизировать жесткими полимерцементными или полимерными
растворами. Для этого трещину по всей ее длине разделывают в штрабу
”на клин” с внутренним углом 45—60° или ”на прямоугольник” на глу-
бину защитного слоя при ширине около 10 мм. Обнаженную арматуру,
если она поражена коррозией, зачищают щетками до чистого металла.
Затем штрабу по всей длине трещины затирают полимерцементным или
полимерным раствором, после твердения которого полость трещины
оказывается загерметизированной. Такой способ ремонта непригоден
для ’’дышащих” под временной нагрузкой трещин, так как даже незна-
чительное дополнительное раскрытие трещины приведет к разрыву бе-
тона вдоль заделанной трещины. Как правило, разрыв (образование
новой трещины) проходит по старому бетону, так как физико-механи-
ческие характеристики полимерцементных, а тем более полимерных
растворов практически всегда выше, чем у обычных бетонов.
Коррозиеопасные трещины, ’’дышащие” под нагрузкой, герметизи-
руют с использованием специальных эластичных герметиков (тиоколо-
вых, каучуко-битумных, наиритовых и т. п.). Герметики на основе
жидкого тиокола (полисульфидный каучук холодной вулканизации)
выпускаются промышленностью в виде паст (паста У-30, УТ-ЗОМ, УТ-34,
АМ-0,5 и др.). Составы для герметизации (табл. 12.5) готовят из трех
или из двух компонентов (паста + вулканизатор + ускоритель вулкани-
зации) .
Тиоколовую герметизирующую мастику приготавливают непо-
средственно перед началом работ. Перемешивание компонентов произ-
водят в подходящей по объему посуде. При больших объемах переме-
шивание производят при помощи электродрели, оснащенной специаль-
ной мешалкой. Перемешивание производят до получения однородной
по консистенции и цвету массы. Контроль достаточности перемешива-
ния выполняют нанесением тонкого слоя мастики на стеклянную плас-
та б п и ц а 12.5. Составы для герметизации трещин
Компонент	Количество компонента в долях		
	при нанесе- нии кистью	при инъек- тировании	!при устройстве гидроизоляции
Основная герметизирующая паста: У-30, МЭС-5	100		100
УТ-34	—	100	
Паста № 9 (вулканизатор)	7-11	10	5-9
Дифенилгуанццин (ускоритель	0,3-1,0	1,0	0,1-0,5
вулканизации) Ацетон (растворитель)	25	5—10	-
426
Рис. 12.1. Шприц для инъектирования
в трещины тиоколовых герметиков:
/ — наконечник; 2 — цилиндр; 5 —
крышка цилиндра; 4 — шток поршня;
5 — рукоятка; 6 — курок-толкатель
танку (в слое не должно быть крупинок дифенилгуанидина и перекиси
марганца, мастика должна иметь однородный цвет).
В железобетонных конструкциях инъектирование в трещины тио-
коло пых мастик производится с помощью специального шприца
(рис. 12.1), зарядка которого мастикой выполняется непосредственно
перед работой. В шприце мастика может находиться только в пределах
времени жизнеспособности, которое устанавливается перед началом
работ на опытных замесах. При инъектировании шприц с надетым на
него резиновым наконечником прижимают к трещине, мастика под дав-
лением поршня выдавливается в полость трещины. Одновременно
шприц перемещают вдоль трещины. Глубина инъектирования зависит от
вязкости мастаки и от величины раскрытия трещины. Обычно мастика
заполняет трещину на глубину 1,5—2,0 см, что позволяет надежно защи-
тить арматуру от атмосферных воздействий. В течение рабочего дня
шприцы необходимо периодически разбирать и очищать от мастики ме-
ханическим путем, иначе загустевшая мастика приведет их в негодность.
Полная очистка шприца выполняется с использованием растворителей
(ацетона, скипидара и т. п.) в конце работы.
Герметизация трещин эластичными полимерными составами прак-
тически не влияет на напряженное состояние конструкции в зоне трещи-
ны, т. е. режим работы бетона и арматуры при пропуске нагрузки до и
после ремонта остается практически неизменным. Поэтому такой ремонт
оказывается недостаточным в случае, когда наличие трещины снижает
выносливость элементов конструкции (хомутов и рабочей арматуры,
пересеченных трещиной). Для ремонта таких конструкций применяют
силовую герметизацию трещин и глубинное инъектирование в трещины
полимерных клеев (восстановление монолитности бетона). Силовая
герметизация трещин предусматривает установку по всему периметру
’’дышащей” под нагрузкой трещины силового элемента. Обычно зто
пластина из стеклопластика (рис. 12.2) или металла, приклеенная к очи-
щенной поверхности бетона и перекрывающая трещину. Дополнительное
раскрытие трещины под нагрузкой вызывает включение силового эле-
мента вгработу. Часть усилия, воспринимавшегося до устройства силовой
герметизации только арматурой конструкции, будет передаваться на при-
клеенную пластину. Размеры элементов силовой герметизации опреде-
ляются на основании расчетов соединения ’’пластина — клей — бетон —
427
Рис. 12.2. Схема герметизации трещин
пластиной:
1 — пластина из стеклопластика или
стеклоткани; 2 — трещина
арматура”. При этом должны соблюдаться условия усталостной проч-
ности арматуры конструкции, пластины и клея силовой герметизации.
Как правило, толщина пластины силовой герметизации (накладки)
должна приниматься в пределах 2,5—3,5 мм для стеклопластиков и
1,0—1,5 мм для металла, толщина клеевой прослойки — не более 0,5 мм,
ширина пластины — 15—20 см (по 7—10 см с каждой стороны от кромок
трещины).!Так как пластина включается в работу только при пропуске
нагрузки по пролетному строению, то в ненагруженном состоянии она
выполняет функции простого герметизирующего элемента. При ремонте
в условиях эксплуатации накладки из стеклопластика могут быть полу-
чены путем наклейки на бетон трех-четырех, слоев стеклоткани, пропи-
танной эпоксидным клеем. Стеклоткань наклеивают на очищенную по-
верхность бетона послойно, каждый последующий слой наклеивается
на предыдущий после того, как тот достаточно укрепился и не сплыва-
Рис. 12.3. Ниппели для глубинного
инжектирования трещин:
а — наклеенный ниппель; б — ниппель-
трубка; в — наклеенный ниппель с фик-
сатором; 1 — стальная шайба-ниппель;
2 — гофры для улучшения сцепления;
3 — бетон с трещиной; 4 — эпоксидный
клей; 5 — ниппель; б — герметизирую-
щий слой
428
ет. Толщина клеевых прослоек должна быть
минимальной, в них не должно быть пузырь-
ков воздуха, которые могут существенно
повлиять на прочность стеклопластиковой
пластины, образующейся после отверждения
эпоксидного клея. Опыт эксплуатации отре-
монтированных конструкций свидетельствует,
что долговечность стеклопластиковых накла-
док несколько выше, чем металлических,
которые могут отслаиваться от бетона при
резких перепадах температуры окружающей
среды.
Глубинное инъектИрование трещин преду-
сматривает заполнение полости трещины син-
тетическим клеем (эпоксидным, полиэфир-
ным, метилметакрильным и т. п.). После по-
лимеризации клея в полости трещины моно-
литность бетона восстанавливается практиче-
ски полностью. Технология ремонта преду-
сматривает следующие операции: установку
ниппелей (рис. 12.3), сообщающихся с поло-
стью трещины; герметизацию полости трещи-
ны между ниппелями по всей ее длине (выпол-
няется эпоксидной шпаклевкой или полосой
ткани, пропитанной эпоксидным клеем);
инъектирование трещины клеем при помощи
специальных насосов.
Клей в трещину подается под давлением,
которое необходимо для преодоления сил
жидкостного трения, возникающих при дви-
жении вязкой жидкости (клея) в полости
трешины. Давление, под которым клей подает-
ся в трещину, прямо пропорционально глубине
распространения клея, скорости подачи клея
(расходу) в полость трещины и вязкости клея
и обратно пропорционально ширине раскрытия
трещины в третьей степени. Поэтому расстоя-
Рис. 12.4. Конструкция
инъектора среднего давле-
ния:
1 — цилиндр; 2 — при-
жимное кольцо; 3 —
шток поршня; 4 — рас-
порная втулка;	5 —
гидродомкрат грузоподъ-
емностью 10—12 т
ние между ниппелями следует назначать в за-
висимости от величины раскрытия трещины, подлежащей инъектирова-
нию, и может приниматься равным: при раскрытии трещины 0,2 мм — 15
— 20 см; при 0,3 мм — 25 — 30 см; при 0,4 мм — 40 — 50 см; при 0,5 мм
и более — 70 — 100 см. Ниппели закрепляют на конструкции в специаль-
но просверленных лунках, если необходимо работать с высокими (бо-
лее 5 МПа) давлениями, или приклеивают к поверхности бетона — при
низких давлениях в инъекторе. При установке ниппелей необходимо
следить, чтобы ниппель сообщался с полостью трещины.
429

Рис. 12.5. Схемы ииьекторов высокого давления непрерывного (а) и цикличе-
ского (б) действия:
1 — электродвигатель; 2 — понижающий редуктор; 3 — питатель;, 4 — шестерен-
чатый насос; 5 — разделитель; 6 — манометр; 7 — вентиль; 8 — шланг высокого
давления; 9 — ручной маслонасос; 10 — корпус инъектора; 11 — эластичная
емкость с клеем
Механизмы для нагнетания клея — инъекторы — подразделяются:
по режиму работы на инъекторы циклического и непрерывного дей-
ствия; по уровню давления на инъекторы низкого (до 1 МПа), сред-
него (1—5 МПа) и высокого (более 5 МПа) давления. Известны кон-
струкции инъекторов, способных развивать давление до 20 МПа и более.
Инъекторы низкого давления позволяют заполнять трещины с раскры-
тием более 0,5 мм, среднего (рис. 12.4) — 0,3 — 0,5 мм, высокого
(рис. 12.5) — 0,2—0,3 мм.! Инъекторы циклического действия имеют ра-
бочую камеру, объем которой (0,5—1,0 дм3) заполняется клеем. После
выработки этого объема инъектирование прекращают и производят за-
ливку новой порции клея. Инъекторы непрерывного действия оснаща-
ются бачками-питателями, в которые клей доливается по мере выработ-
ки (их целесообразно использовать при больших объемах работ). От
инъектора к ниппелю-питателю клей под давлением подается по специ-
альным гибким резинометаллическим шлангам, рассчитанным на рабо-
чее давлений в системе. Для снижения вязкости клея в его состав вклю-
чают пластификаторы и растворители.
Клей на основе эпоксидной смолы, применяемый для инъекгирова-
ния и силовой герметизации трещин, состоит из следующих компонен-
тов (в долях по весу): эпоксидная смола (ЭД-22) - 100; дибутилфта-
430
лат (пластификатор) — 10—15; ацетон (растворитель) — 10—15; поли-
зтиленполиамин (отвердитель) — 8—10.
Процесс инъектирования начинают с нижнего ниппеля, чтобы не до-
пустить образования воздушных пробок в прлости трещины. При появ-
лении клея в соседних ниппелях на них устанавливают заглушки, а ког-
да давление в инъекторе достигнет предельного значения, шланг пере-
ставляют на другой ниппель. При выполнении работ следует строго
соблюдать правила техники безопасности при работе с механизмами и
оснасткой под высоким давлением. Технология глубинного инъектиро-
вания трещин достаточно сложна, требует специальной оснастки и боль-
шого объема подготовительных работ. Поэтому этим способом целесооб-
разно ремонтировать конструкции с трещинами, имеющими большую
длину и раскрытие.
12.2.	Ремонт гидроизоляции и водоотводных устройств
Периодическое увлажнение бетона несущих конструкций пролет-
ных строений, которое наблюдается при неисправном водоотводе из бал-
ластного корыта, может снизить срок их службы в 2 раза и более. Поэто-
му при текущем содержании необходимо своевременно выполнять ре-
монтные работы по поддержанию в исправном состоянии элементов во-
доотвода (балластной призмы, гидроизоляционного ковра и водоотвод-
ных устройств). Целью ремонтных работ следует считать предохранение
несущих конструкций пролетного строения от увлажнения. В связи
с этим при текущем содержании железобетонных мостов необходимо
выполнять комплексные ремонтные работы по очистке щебеночного
балласта, который должен обладать достаточными для отвода воды
фильтрационными свойствами, по своевременному устранению проте-
чек сквозь гидроизоляционный ковер, по очистке от заиливания и заме-
не неисправных водоотводных устройств (трубок, лотков и пр.). Спо-
собы ремонта системы водоотвода выбираются в зависимости от степени
неисправности того или иного ее элемента. Работы могут быть ориенти-
рованы либо на общее изменение схемы водоотвода, либо на ремонт от-
дельных его элементов с сохранением существующей схемы. Например,
в условиях быстрого загрязнения балласта, когда невозможно гаранти-
ровать его своевременную и качественную очистку, целесообразным
может оказаться вариант изменения схемы водоотвода за счет использо-
вания асбестового балласта вместо щебеночного (переход на поверхно-
стный водоотвод). Для этого необходимо: выполнить частичную заме-
ну загрязненного щебеночного балласта на асбестовый (примерно на
% высоты балластной призмы); уложить гидроизоляцию на горизон-
тальную и боковые грани внешнего бортика плиты; устроить ’’слез-
ники” по периметру нижней грани плиты балластного корыта (рис. 12.6).
Укладка- асбестового балласта позволяет почти полностью прекратить
доступ воды в балластное корыто, так как при увлажнении асбест набу-
431
Рис. 12.6. Железобетонное пролетное
строение после изменения схемы водо-
отвода:
1 — асбестовый балласт; 2 — гидроизо-
ляция боковых и верхней граней бор-
тика; 3 — ’’слезник” из свеса гидро-
изоляции наружной грани бортика; 4 —
’’слезник” из деревянной рейки
хает и делается практически водонепроницаемым. Для гидроизоляции
граней бортика внешней консоли плиты следует применять эпоксидное
или тиоколовое покрытие, армированное слоем стеклоткани. Функции
’’слезника” может выполнять свес гидроизоляции наружной вертикаль-
ной грани бортика. В качестве ’’слезника” можно также использовать де-
ревянную рейку, пропитанную олифой и приклеенную эпоксидным кле-
ем по всему периметру нижней грани плиты.
При поэлементном ремонте системы водоотвода дефекты балласт-
ной призмы (загрязнение, выплески, просадки и др.) устраняют частич-
ной вырезкой и заменой загрязненного балласта, досыпкой и подбивкой
недостающего балласта и т. п.
Для ремонта гидроизоляции в зоне водоотводных трубок, их очист-
ки от заиливания и замены дефектных трубок используют рельсовые
пакеты малой длины (2,5—3,0 м). Рельсовые пакеты (рис. 12.7) уста-
навливают в зоне дефекта на сближенных шпалах. В пределах пролета
пакета шпалы вывешивают на специальных хомутах, что позволяет вы-
полнить частичную выемку балласта, вскрыть дефектное Место и осу-
ществить ремонт под прикрытием этого пакета. На время проведения
работ необходимо вводить ограничение скорости до 25 км/ч.
Для ремонта значительных по площади повреждений гидроизоляции
применяют инвентарные разгружающие пакеты, опирающиеся на плиту
балластного корыта через прокладные брусья. Пакеты имеют понижен-
ную строительную высоту, которая равна 0,235 м при пролете паке-
та 5,7 м и 0,251 м при пролете 11,7 м. Установка и снятие' пакетов про-
изводится железнодорожными кранами (путеукладочными или консоль-
ными) , так как вес пакета длиной 11,7 м с уложенными на нем путевы-
ми рельсами составляет 16 тс. Технологическая схема ремонта гидро-
изоляции с использованием пакетов длиной 11,7 м включает шесть эта-
пов выполнения работ:
1)	замена рельсов на участке ремонта рубками длиной 12,5 и 6,25 м
(для замены требуется ’’окно” продолжительностью 2—3 ч);
2)	установка разгружающего пакета над участком ремонта (основ-
ные работы — снятие звена пути, уборка балласта и установка на место
пакета — выполняются в ’’окно” продолжительностью 3,5—4,5 ч);
3)	устройство подготовительного слоя под гидроизоляцию (основ-
ные работы — снятие пакета, удаление дефектной гидроизоляции, очист-
432
ка поверхности, укладка подготовительного слоя, установка пакета на
место — выполняются в ’’окно” продолжительностью 4,0—4,5 ч);
4)	устройство оклеечной гидроизоляции (основные работы — снятие
пакета, устройство гидроизоляционного ковра, установка пакета на мес-
то — выполняются в ’’окно” продолжительностью 4,5—5,0 ч);
5)	устройство защитного слоя гидроизоляции (основные работы —
снятие пакета, бетонирование защитного слоя из цементно-песчаного
раствора с армирующей сеткой, установка пакета на место — выполня-
ются в ’’окно” продолжительностью 4,5—5,0 ч);
6)	балластировка корыта и восстановление путевой решетки (основ-
ные работы — балластировка корыта хоппером-дозатором до уровня ниж-
него пояса пакета, снятие пакета, восстановление путевой решетки, за-
сыпка балластом шпальных ящиков — выполняются в ’’окно” продол-
жительностью 4,0—4,5 ч).
При ремонте гидроизоляции должны соблюдаться некоторые кон-
структивные и технологические правила, необходимость выполнения
которых проверена практикой. Так( например, новые гидроизоляцион-
ные слои из рулонных материалов должны быть заведены на существую-
щую неповрежденную часть ковра не менее чем на 0,4 м, а их стыковка
должна производиться на гребнях сточных треугольников плиты. По-
верхности подготовительного и защитного слоев после твердения рас-
твора в течение 3—4 сут покрываются битумным лаком для улучшения
сцепления с оклеечной гидроизоляцией и слоем мастики, наносимой на
защитный слой. Гидроизоляционные работы нельзя производить во вре-
мя дождя и при температуре ниже плюс 5 °C. При склеивании полот-
нищ рулонных материалов стыки выполняются внахлестку на 10 см,
а при стыковании армирующих сеток защитного слоя нахлест должен со-
ставлять 10—15 см. Уложенную гидроизоляцию следует предохранять от
Рис. 12.7. Рельсовый разгружающий пакет с хомутами:
а — фасад; б — поперечное сечение; 1 — верхняя планка хомута; 2 — нижняя
планка хомута; 3 — линия габарита; 4 — путевой рельс; 5 — рельсы пакета; 6 —
шпала
433
механических повреждений, от попадания на нее керосина, масел и дру-
гих растворителей, а также от непосредственного воздействия солнечных
лучей.
В качестве материалов для ремонта гидроизоляции применяются бе-
тоны и цементно-песчаные растворы, прочность которых должна быть не
ниже 200 кг/см2, мастики на основе битумов марок БН-Ш и БН-IV
(в зависимости от климатической зоны), армирующие ткани (стекло-
ткани, стеклосетки, антисептированные ткани, гидроизол и т. п.), арми-
рующие защитный слой металлические сетки из проволоки диаметром
1—2 мм с размерами ячейки от 50x50 до 75x75 мм. В последнее время
находят применение новые гидроизоляционные материалы, отличающие-
ся улучшенными физико-механическими и технологическими характе-
ристиками (тиоколовые мастики, перхлорвиниловые пленки, резинопо-
добные ковровые материалы, клеящиеся на выравнивающий слой и др.).
12.3.	Механизация работ при ремонте
Механизация работ при ремонте мостов позволяет не только повы-
сить производительность труда, но и улучшить качество ремонта. В на-
стоящее время мостовые бригады дистанций пути, занимающиеся теку-
щим содержанием мостов, оснащаются механизированным инструмен-
том и оборудованием, позволяющим выполнять практически все виды
ремонтных работ. Механизированный инструмент используется для вы-
полнения работ по очистке пролетных строений и пути на мосту (скреб-
ки-обдувки, пневмо- и электрощетки, пневмоперфораторы, рубильные
молотки и т. п.). При изготовлении различных обустройств и опалубки
применяются бензопилы, электродрели, рубанки и долбежники. Необ-
ходимая для работы механизированного инструмента электрическая
(пневматическая) энергия на подавляюшем большинстве мостов от-
сутствует, поэтому в качестве источника электроэнергии чаще всего ис-
пользуют переносные генераторы переменного тока с приводом от бен-
зинового двигателя (ЖЭС-4 мощностью 4 кВт) и передвижные компрес-
сорные установки.
Механизированное Оборудование, как правило, отличается большей
сложностью и зачастую состоит из нескольких механизмов, объединен-
ных в единую систему, смонтированную либо стационарно, либо на до-
статочно мощном шасси. Для его обслуживания необходимы более мощ-
ные источники электроэнергии; эксплуатацией механизмов занимается
специально обученный персонал. При ремонте железобетонных мостов
наиболее часто используются бетоно- и растворомешалки, пескоструй-
ные аппараты, торкрет- и цемент-пушки, растворонасосы, воздушные
и безвоздушные окрасочные агрегаты, инъекционное оборудование ит.п.
Наиболее Эффективно эти механизмы могут использоваться на мос-
тах, оборудованных стационарными компрессорными станциями с сетью
воздухопроводов и имеющих снабжение электроэнергией с развитой
434
электросетью на мосту. Как правило, только крупные внеклассные мос-
ты Оснащены своим электрохозяйством, что позволяет четко организо-
вать работы по их текущему содержанию.
Передвижные ремонтные комплексы, создавае-
мые на\базе мощных автомобилей повышенной проходимости, позволя-
ют значительно повысить эффективность использования механизирован-
ного оборудования и инструмента при ремонте мостов. Известные пере-
движные комплексы оснащены собственными источниками энергии,
укомплектованы оборудованием для очистки, окраски, оштукатурива-
ния конструкций мостов, различным злектро- и пневмоинструментом,
необходимым при ремонте мостовых конструкций, а также оснащены
гидравлическими стреловыми кранами грузоподъемностью 0,5 и 1,0 т,
на которые могут подвешиваться люльки, что позволяет проводить об-
следование и ремонт труднодоступных элементов конструкции при
отсутствии подмостей на мосту. Кроме, того, эти комплексы оснащены
специальными контейнерами для перевозки сыпучих грузов (цемента,
щебня, песка и т. п.) и прицепами-роспусками, позволяющими перево-
зить длинномерные материалы (арматуру, пиломатериалы и т. п.). Ис-
пользование такие комплексов дает возможность выполнять ремонт
отдаленных объектов практически в автономном режиме, что очень
важно при организации работ на дистанциях, имеющих большую протя-
женность.
Специализированные поезда, предназначенные для
выполнения массовых работ по сплошной замене мостового полотна, по
ремонту гидроизоляции балластных корыт железобетонных и стале-
железобетонных пролетных строений, по очистке балласта на мостах
и т. п., позволяют значительно повысить производительность ремонтных
работ за счет применения тяжелого кранового оборудования и специаль-
ных механизмов и оснастки. Технология производства работ предусмат-
ривает выполнение всего комплекса ремонтных мероприятий в течение
одного ’’окна” без введения ограничений в режим эксплуатации до и
после выполнения ремонта. Работы по сплошной замене мостового по-
лотна и по очистке щебеночного балласта, как правило, совмещают с вы-
полнением ремонта пути на участке (так называемое ’’совмещенное
окно”).
Специализированный поезд для сплошной замены мостового полот-
на, состоящий из двух путеукладчиков УК-25/9, оснащенных специаль-
ными траверсами, и роликовых платформ, описан в гл. 11.
Специализированный поезд для ремонта гидроизоляции с примене-
нием тиоколовых мастик (технология НИИ мостов) был разработан
ПТКБ ЦП МПС. Спецпоезд (рис. 12.8) состоит из путеукладочного кра-
на и двухъярусных платформ, оборудованных роликовыми линиями.
Технологией производства работ предусмотрено использование колес-
ного трактора-зкекаватора и специальной оснастки (поддонов с аппара-
турой для сушки поверхности балластного корыта и со смесителем для
.435
Рис. 12.8. Схема спецпоезда для ремонта гидроизоляции балластных корыт:
а —в транспортном положении; б — в рабочем положении (стрелками показан
технологический поток перемещения контейнеров) ; 1 — путеукладочный кран;
2 — трактор-экскаватор; 3 — платформы с двухэтажными роликовыми линиями;
4 — контейнеры н поддоны; 5 — ремонтируемый участок
приготовления мастик). Необходимые для производства материалы
(песок, щебень) помещают в саморазгружающиеся контейнеры-дозато-
ры, компоненты для изготовления тиоколовой мастики размещают в
поддоне смесителя. При подаче на перегон трактор-экскаватор размеща-
ют на платформе путеукладчика. Технологическая оснастка, контейне-
ры с материалами и порожние Контейнеры размещают на нижнем ярусе
роликовых платформ с учетом последовательности технологических
операций, в которых они будут использоваться. Технология работ по ре-
монту гидроизоляции с использованием спецпоезда предусматривает
выполнение следующих операций:
выгрузка трактора-экскаватора из путеукладчика rto специальным
аппарелям на путь в зоне ремонта;
уборка одного или двух звеньев путевой решетки и погрузка их на
платформу крана или во второй ярус роликовых платформ с подачей
в конец состава (если предусмотрена замена решетки);
вырезка старого балласта экскаватором с погрузкой в порожние
контейнеры; загруженные контейнеры подаются во второй ярус плат-
форм;
доборка старого щебеночного балласта вручную;
сушка поверхности балластного корыта газовыми горелками;
приготовление тиоколовой мастики (в специальном смесителе) и
розлив ее по поверхности корыта с выравниванием слоя шпателями и
с установкой крышек водоотводных трубок;
засыпка мастики защитным слоем песка (5—7 см) из контейнеров-
дозаторов;
засыпка щебеночного балласта из контейнеров-дозаторов до уровня
подошвы шпал;
установка звеньев путевой решетки;
погрузка трактора-зКскаватора на платформу путеукладчика и уход
поезда с перегона.
436
После ’’окна” движение поездов осуществляется без каких-либо
ограничений. Использование спецпоезда позволяет ремонтировать гидро-
изоляцию с темпом работ 8—10 м балластного корыта за час, что в 2—
2,5 раза выше, чём по технологии с использованием разгружающих па-
кетов и оклеенной гидроизоляции.
Специализированный поезд для очистки щебеночного балласта на
балочных железобетонных пролетных строениях (разрабатывался ЦНИИ
МПС и ПТКБ ЦП МПС) состоит из двух путеукладчиков УК-25/9 с со-
ставами из роликовых платформ (состав второго путеукладчика загру-
жен решетками), гусеничного трактора С-100 со специальным навесным
оборудованием для очистки загрязненного щебеночного балласта, хоп-
пера-дозатора со щебнем и щпалоподбийочной машины. Технология пре-
дусматривает следующий порядок работ:
первый путеукладчик (расположен в хвосте своего состава) разби-
рает рельсо-шпальную решетку, звенья шлюзуются и подаются по роли-
кам в голову состава;
трактор С-100 с навесным оборудованием прогрохатывает загряз-
ненный балласт (отход составляет 15—20 %), очищенный балласт укла-
дывается в балластное корыто и планируется до уровня подошвы путе-
вых шпал на мосту;
второй путеукладчик (расположен в голове своего состава) уклады-
вает новую путевую решетку на спланированную балластную призму;
хоппер-дозатор досыпает щебень в шпальные ящики;
шпалоподбивочная машина уплотняет щебейь под шпалами путевой
решетки.
Скорость перемещения поезда в рабочем режиме 1,0—1,5 км/ч. По-
езд применяется чаще всего при капитальном ремонте пути с заменой
верхнего строения пути на более тяжелый тип рельсов.
Специализированные поезда, укомплектованные мощным крано-
вым оборудованием со спецоснасткой, позволяют выполнять ряд работ
по переустройству и ремонту других элементов сооружения (устоев,
насыпи за задней стенкой устоя и т. п.).
Глава 13
РЕМОНТ бетонных, каменных пролетных строений
И МАССИВНЫХ ОПОР
13.1.	Особенности ремонта бетонных и каменных мостов
Ремонт массивных конструкций бетонных и каменных мостов в
основном сводится к устранению такие дефектов и повреждений, как
трещины в арочных сводах и щековых стенах, выколы бетона, фильтра-
ция воды, выветривание наружных поверхностей кладки, разрушение
швов кладки, смещение опор, выпучивание щековых стен и др.
Приемы производства работ и материалы, используемые для ремон-
та бетонных и каменных мостов, в принципе аналогичны работам, выпол-
няемым при ремонте железобетонных пролетных строений (см. гл. 12)
и массивных опор (см. п. 13.2).
Весьма важен для арочных бетонных и каменных мостов ремонт
гидроизоляции и водоотводных устройств. На время ремонта гидроизо-
ляции без перерыва движения поездов балласт под шпалами удаляют
и путь опирают на разгрузочные пакеты малой высоты, обеспечивающие
возможность работы под ними. При этом пакеты опирают либо попереч-
но на щековые стенки, либо продольно — через шпальные клетки на
ремонтируемую поверхность. В последнем случае ремонт гидроизоляции
выполняют отдельными участками протяженностью 2—4 м. После пере-
становки шпальных клеток на отремонтированный участок места их
прежней установки заделывают изоляцией. Используют обычно оклеен-
ную гидроизоляцию, состоящую из четырех-пяти слоев битумной масти-
ки, армированных битантитом, стеклотканью, гидроизолом и др. Пер-
спективно применение безрулонной тиоколовой гидроизоляции. Изоля-
цией покрывают внутренние поверхности свода и щековые стенки. При
небольших местных дефектах изоляции методом шурфования вскрыва-
ют балластный и защитный слой, вырезают поврежденную изоляцию и
заменяют ее так, чтобы под нее не затекала вода.
Одновременно с ремонтом изоляционных слоев восстанавливают
водоотводные устройства: дефектные трубки заменяют новыми, не-
плотности между трубками и окружающей кладкой заполняют цемент-
ным раствором. Чтобы не допустить фильтрации воды в кладку, изоля-
ция должна быть тщательно уложена по всей ремонтируемой поверхно-
сти с необходимыми уклонами к трубкам и хорошо заведена в них.
После завершения ремонта водоотвода и засыпки в балластное корыто
балласта подвесные пакеты убирают. В тех случаях, когда имеется воз-
можность закрыть перегон для движения поездов, необходимые ремонт-
438
ные работы по замене гидроизоляции для упрощения и повышения ка-
чества их исполнения желательно производить в ’’окна”.
Пазухи сводов и пустоты надсводной части под балластом заполня-
ют тощим бетоном, сухой кладкой или щебнем. При этом следят за тем,
чтобы была обеспечена минимальная толщина щебеночной засыпки 0,7 м
от подошвы шпалы до верха свода в замке.
При плохом состоянии бетонной и каменной кладки сводов и над-
сводного строения, при наличии в них глубоких трещин или значительно-
го выветривания производят цементацию кладки, торкретирование ее
поверхности и при необходимости перекладку отдельных элементов
моста или их усиление (см. п. 10.2).
Незначительные повреждения кладки бетонных и каменных сводов
устраняют в процессе текущего содержания мостов: расшивают вывет-
рившиеся швы каменной кладки, заменяют отдельные камни и очищают
поверхность кладки, заделывают трещины и выколы бетона и т. п. Перед
расшивкой швы на глубину 5—6 см очищают от старого раствора и после
тщательной промывки водой заполняют цементным раствором, оформ-
ляя наружную поверхность шва по форме валика с помощью специально-
го инструмента — расшивника. При большом объеме работ может быть
использована пневматическая подача цементного раствора под давлени-
ем. Формирование наружного валика шва в этом случае осуществляют
с помощью расшивника, закрепленного на сопле цилиндра-нагнетателя
(см. п. 13.2).
Борозды и выбоины или выколы кладки необходимо тщательно
очистить от грязи, а затем заполнить бетоном или цементным раствором.
Предварительно принимают соответствующие меры, обеспечивающие
надежное сцепление старого и нового бетона.
При обнаружении расстройства кладки каменных сводов с выпада-
нием отдельных камней принимают оперативные меры по их ремонту:
выпавшие старые камни устанавливают на место, а в случае их повреж-
дения заменяют новыми или бетоном, нагнетаемым за опалубку на
кружалах или подмостях. При необходимости кружала подвешивают на
анкерах, закрепленных в пробуренных в кладке шпурах. В верхней
части свода до бетонирования устанавливают в пределах разрушения
(вывала) арматурные каркасы, также закрепляемые анкерами в кладке.
Применяется бетон состава 1:2:3 с расходом цемента до 320 кг/м3.
С целью обеспечения безопасности движения поездов свод моста на весь
период ремонта и твердения бетона поддерживают временным крепле-
нием на стойках или подкосах.
13.2.	Ремонт массивных опор
Наиболее характерными повреждениями массивных опор являются
разного рода трещины, расстройство кладки и подферменных камней,
разрушение подводной части русловых опор, выветривание и износ об-
439
Рис. 13.1. Схема укрепления подфермен-
ника железобетонной обоймой:
слева — разрез по грани подфсрмении-
ка; справа — фасад; 1 — обойма; 2 —
опорная плита; 3 — подферменник;
4 — слив; 5 - трещина; б — арматура;
7 — кладка опоры
лицовки, а также осадки, сдвиги и крены опоры в целом. Наряду с мо-
розными трещинами от замерзания воды в пустотах нередки экзотерми-
ческие трещины от разогрева схватывающегося бетона в железобетон-
ных оболочках, используемых вместо опалубки и облицовки одновре-
менно.	t
Для приведения опор в исправное состояние и продления срока их
службы проводят ремонтные работы различного характера. Выбор спо-
соба ремонта зависит от вида и степени развития повреждений, причинах
вызвавших, квалификации работников и оснащенности эксплуатирую-
щих и строительных организаций необходимым оборудованием. В основ-
ном на практике применяют цементацию дладки, торкретирование по-
верхности по металлической сетке, устройство железобетонных оболо-
чек и поясов, расшивку швов кладки, частичную или полную переклад-
ку опор. Часто приходится сочетать несколько отдельных видов работ
в зависимости от характера повреждений, общего состояния и конструк-
тивных особенностей опоры.
Небольшие по объему и несложные по выполнению работы (перио-
дическая расшивка швов, восстановление сливных поверхностей, различ-
ные мелкие повреждения) обычно выполняют в порядке текущего со-
держания. Более сложные и ответственные работы выполняют при капи-
тальном ремонте опор по специальным проектам. При недостаточной
грузоподъемности опоры усиливают. Наиболее распространенные спосо-
бы усиления опор были рассмотрены выше (см. п. 10.3).
Ремонт поврежденных швов кладки заключается в заполнении рас-
чищенных и промытых швов раствором при помощи мастерка с после-
дующей расшивкой Шва (см. п. 13.1). При больших объемах работ рас-
чистку швов производят отбойными молотками, а раствор подают рас-
творонасосами.
Поврежденные сливные поверхности очищают от разрушенного слоя
старой смазки и после увлажнения выравнивают цементно-песчаным
раствором состава 1:1 или 1:2, обеспечивая уклон сливов не менее 1:10.
В завершение всю поверхность сливов железнят (затирают металличес-
кой теркой). Для лучшего сцепления нового раствора с поверхностью
ремонтируемых сливов в цементно-песчаный раствор добавляют латекс-
ную или поливинилацетатную эмульсию ПВАЭ.
Подферменники с трещинами и сколами в зоне распределения дав-
лений заменяют или укрепляют железобетонными обоймами (рис. 13.1).
440
Временно могут быть использованы стальные хомуты. При нецелесооб-
разности усиления пролетное строение поднимают при помощи домкра-
тов и старый подферменник заменяют новым.
Расшатанные кордонные и карнизные камни снимают, очищают от
старого раствора и промывают. Такую же подготовку производят в гнез-
дах кладки. Затем камни ставят на клинья в гнездо, конопатят швы
снаружи и заливают цементно-песчаным раствором состава 1:2. После
схватывания удаляют конопатку, клинья и расшивают швы. Одиночные
камни облицовки с трещинами или выколами заменяют так же. При за-
мене группы камней в старую кладку заделывают анкеры с петлями,
к которым скобами или скрутками крепят новые камни. В подводной
части такой ремонт делают в ограждениях с откачкой воды. В зимнее
время замену камней выполняют под защитой ледовых перемычек,
образуемых путем постепенного вымораживания.
Местные повреждения на поверхности бетонной кладки опор расчи-
щают с насечкой бетона, по смоченной поверхности которого наносят
первый слой штукатурки состава 1:1 без выравнивания. После схва-
тывания наносят очередной слой состава 1:3 с затиркой последнего слоя
до получения гладкой поверхности. Для повышения адгезии к старому
бетону применяют полимерцементные растворы, которые наносят на ста-
рую кладку по слою эпоксидного клея К-153. Глубокие повреждения
отштукатуривают по металлической сетке, закрепляемой анкерами в
кладке. После очистки и промывки на ремонтируемую поверхность на-
носят слой штукатурки (2—3 см) из цементно-песчаного раствора соста-
ва 1:2.
Кроме оштукатуривания, трещиноватую и выветривающуюся по-
верхность каменной и бетонной кладки защищают от дальнейшего раз-
рушения торкретированием — нанесением одного или нескольких слоев
раствора из цемента, песка и воды с помощью сжатого воздуха. Произ-
водство работ по торкретированию поверхности кладки (подготовка
поверхности кладки, приготовление сухой смеси, нанесение торкрета
и т. д.) выполняют в соответствии с технологическими правилами,
утвержденными Главным управлением пути МПС. Торкретирование по-
верхностей цементно-песчаными растворами от 1:3 до 1:5 при 10—15 %
воды от массы цемента выполняют по металлическим сеткам при глуби-
не повреждений более 2 см. Применяют сетки из проволоки диамет-
ром до 6 мм с ячейкой от 5 до 10 см (рис. 13.2) - Механическую очистку
с насечкой поверхности заканчивают пескоструйной обработкой из
цемент-пушки, продувкой и промывкой (лучше горячей водой). Сетки
укрепляют в 1—1,5 см от кладки на анкерах-штырях каждые 70—80 см.
Торкретирование с помощью цемент-пушки типа С-165 с компрессором
КС-3 или КС-6 выполняют полосами шириной до 1,5 м сверху вниз при
толщине слоя до 4 см по сетке, а до 2 см — без сетки. Первый наброс
производят при удалении сопла от кладки не менее чем на 1 м, а после-
дующие после схватывания предыдущего - с расстояния не менее 0,5 м.
441
Рис. 13.2. Устой, поверхности которого подготовлены для торкретирования:
1 — штыри; 2 — сетка 100x100 мм
При температуре ниже плюс 5 °C работу ведут в тепляках, а при жаре и
ветре нанесенный торкрет тщательно увлажняют.
При торкретировании бетонной кладки лучшие результаты по сцеп-
лению наносимых торкретных покрытий со старым бетоном достигают-
ся при применении вместо обычных цементных растворов полимеррас-
творов на основе поливинилацетатной эмульсии ПВАЭ. В особых слу-
чаях, когда требуется повышенное сцепление наносимых покрытий со
старым бетоном, рекомендуются также тонкослойные клеевые покры-
тия на основе эпоксидных смол;
442
Торкретирование не дает общего укрепления опоры. При потере
прочности кладки производят капитальное усиление опор железобетон-
ными поясами или оболочками (см. п. 10.3).
Перекладку опор производят при. значительных повреждениях клад-
ки, развитии глубоких трещин, взаимном смещении частей опор, отколе
передних и обратных стенок устоев и т. п. Работы выполняют по специ-
альному проекту. Разборку старой кладки ведут под защитой разгру-
зочных пакетов. При необходимости подводят временные опоры. После
разборки опоры камни старой кладки очищают от грязи и пыли и ис-
пользуют в качестве бута при возведении новой опоры. Последнюю воз-
водят на цементно-песчаном растворе состава 1:2 и 1:3 с перевязкой
швов и расщебенкой пустот. По окончании работ сохраняют влажное
состояние кладки в течение недели, покрыв ее полиэтиленовой пленкой.
Массивные опоры, имеющие много внутренних дефектов (глубоких
трещин, пустот, выщелачиваний раствора и т. д.), как правило, ремон-
тируют способом цементирования кладки — нагнетанием под давлением
водо-цементного раствора в тело опоры через пробуренные в ней сква-
жины. Чаще всего такой способ ремонта применяют для опор старой по-
стройки, кладка которых выполнена на известковых и цементно-песча-
ных растворах низкой прочности. Нагнетаемый в опору цементный рас-
твор, заполняя поры и пустоты, связывает части массивной кладки в
одно целое, увеличивает плотность, водонепроницаемость и прочность
кладки. Работы производятся по технологическим правилам цементации
кладки мостов, основные положения которых были приведены выше
(см. п. 10.3).
При рыхлой или трещиноватой поверхности опоры, значительном
выветривании кладки, ее истирании с образованием каверн,.раковин и
обнаженной арматуры, при разрушении наружных слоев кладки в ре-
зультате воздействия агрессивной среды по всей поверхности опоры
устраивают защитные железобетонные ’’рубашки” — обоймы. Такой вид
ремонта может быть выполнен путем торкретирования всей поверх-
ности кладки или устройством монолитных и сборных (с заполнением)
оболочек.
Толщину стенок защитной железобетонной оболочки назначают по
условиям производства бетонирования в опалубке не менее 16 см, а при
торкретировании — не менее 5 см. При полной замене дефектных обли-
цовочных камней толщину оболочки принимают до 50 -60 см.
Арматуру оболочки диаметром 10—16 мм класса А-I устанавливают
в виде сетки с ячейками 10—20 см и привязывают к штырям-анкерам
диаметром 16—20 мм (рис. 13.3). Штыри заделывают в скважины,про-
буренные в кладке в шахматном порядке на глубину не менее 8—10 диа-
метров штыря с шагом 50—80 см. Для заделки штырей применяют це-
ментно-песчаный раствор состава 1:3. Число сеток (одну или две) и тол-
щину оболочки назначают в зависимости от размеров и характера по-
вреждений. Бетон защитных оболочек должен соответствовать таким же
443
Вид со стороны пролета
Рис. 13.3. Устой, поверхности которого подготовлены для устройства защитной
железобетонной оболочки:
1 — штыри; 2 — сетка
требованиям, как и для несущих оболочек усиления (см. п. 10.3). Для
предохранения оболочки от образования трещин при температурных из-
менениях устраивают температурные швы (вертикальные и горизонталь-
ные) . Расстояние между швами зависит от толщины оболочки и темпера-
туры воздуха во время бетонирования и обычно назначается не бо-
лее 3 м.
Нижнюю часть оболочки опирают на обрез фундамента, а верхнюю
доводят до карнизных или кордонных камней. На устоях оболочки
устраивают с заведением их в конусы насыпи на 40—50 см. На рис. 13.4
в качестве примера показано устройство опалубки оболочки.
Железобетонные оболочки боковых стенок устоев стягивают между
собой стяжками поверху шкафной стенки или по всей высоте ее (с раз-
444
II
445
боркой кладки) в зависимости от степени разрушения (рис. 135, а).
Со стороны насыпи оболочку заводят за торцы обратных стенок или
соединяют стяжками (рис. 135,6). Работы по устройству стяжек повер-
ху торцов обратных стенок устоев производят в прорези после установ- -
ки подвесных разгрузочных пакетов. Снятие и установку пакетов выпол-
няют в ’’окно” с ограждением места работ сигналами остановки и выда-
чей предупреждения о следовании поездов по месту работы (после сня-
тия сигналов остановки) со скоростью не более 25 км/ч.
При ремонте опор с применением цементации и устройством за-
щитной оболочки последнюю рекомендуют сооружать после инъектиро-
вания кладки.
Бетонные и железобетонные ’’рубашки” применяют для ремонта
подводной части опор и фундаментов при расстройствах кладки с выва-
лами. Их сооружают в водонепроницаемых перемычках из шпунта
(рис. 13.6, а) или бездонного железобетонного (металлического) ящика
(рис. 13.6,6). Удаление перемычки от опоры должно быть достаточным
для установки и разборки опалубки. Обычно оно принимается из расчета
сохранения не менее 90 см в свету от опалубки до перемычки.
Рис. 13.5. Конструкция защитной железобетонной оболочки устоя, усиленной
стяжками поверху шкафной стенки (а) и поверху торцов обратных стенок (б) :
1 — штыри; 2 — сетка; 3 — стяжка
446
Рис. 13,6. Схема устройства защит-
ной железобетонной оболочки для
подводной части опоры:
а — с применением шпунта и от-
качкой воды; б — с применением
бездонного железобетонного
ящика без откачки воды; 1 —
кладка опоры; 2 — железобетон-
ная оболочка; 3 — тампон из
подводного бетона; 4 — шпунто-
вая перемычка; 5 — бетон за-
полнения пазух подводным спосо-
бом; б — железобетонная обо-
лочка ограждения; 7 — каменная
отсыпка
Тампонажная подушка из бетона толщиной 0,5—1,5 м должна затвер-
деть до начала откачки воды, поскольку она нужна для прекращения
донного притока воды в перемычку. Для прекращения притока воды
по швам делают мулевку шпунта — опускание в воду к месту течи смеси
мелких опилок с глинистым порошком, забивающей щель в шпунте.
По мере откачки воды в перемычке ставят временные горизонтальные
распорки к телу опоры, рассчитанные на давление воды. Опалубку
сооружают снизу вверх с перекреплением на новые распорки (внутри
и снаружи опалубки). Внутренние распорки удаляют по мере бетониро-
вания, осуществляемого после очистки кладки и установки арматурного
каркаса в опалубку. Водоотлив производят из приямков на тампонаж-
ном слое насосами, опущенными на него. Опалубку снимают после
7 сут твердения бетона или в сроки, установленные проектом, с пере-
креплением распорок перемычки на бетон. После проверки качества ра-
бот и доработки дефектов перемычку удаляют.
Для сооружения оболочки без водоотлива, перемычку используют
в качестве опалубки и оставляют по окончании работ. Очистку дна и
его выравнивание каменной или щебеночной подсыпкой производят до
установки бездонного ящика. Подводное бетонирование выполняют спо-
собом вертикально-подъемной трубы или восходящего раствора, что ме-
нее надежно. На практике перемычки нередко создавались выморажива-
нием, но работа в тепляках небезопасна. При необходимости кладку под-
водной части опор закрепляют инъектированием в нее цементного рас-
твора или химических растворов на основе силиката натрия или синте-
тической смолы.
В последнее время за рубежом появились разработки, направленные
на упрощение устройства защитных конструкций подводных частей
опор. Вокруг ремонтируемой опоры под водой размещают эластичные
контейнеры в виде тканевых мешков (чаще из нейлона), в которые по
шлангу с помощью бетононасоса подают бетонную смесь. Мешки сцеп-
ляют между собой и с кладкой ремонтируемой опоры. При необходи-
447
мости в мешках предварительно размещают арматурный каркас. Таким
образом, под водой создают достаточно жесткую и прочную защитную
конструкцию, которая заполняет пустоты в кладке опоры и защищает ее
от дальнейшего разрушения.
В устоях часто из-за скопления воды между обратными стенками
и плохого ее отвода наблюдается выщелачивание раствора кладки и пуче-
ние грунта, нарушающего профиль пути и вызывающего отрыв обратных
стенок. Ремонт таких устоев в основном сводится к замене пучинистого
грунта между обратными стенками на непучинистый (песок, гравий,
щебень и т. п.) с целью повышения его дренирующих свойств и устройст-
ву дренажа. Одновременно с этим при необходимости восстанавливают
гидроизоляцию внутренних поверхностей обратных стенок, заделывают
трещины и швы кладки цементным раствором. Уборку загрязненного
грунта и устройство дренажа производят под прикрытием подвесных
разгрузочных пакетов в прорезях (рис. 13.7). Разгрузочный пакет опи-
Рис. 13.7. Схема замены пучинистого грунта за устоем с устройством прорези
в насыпи:
1 — подушка из шпал; 2 — разгрузочный пакет; 3 — доски крепления прорези;
4 — стойки; 5 — ось пути; 6 — ось моста; 7 — опорные брусья
448
Вид А
Рис. 13.8. Схемы укрепления кладки устоев металлическими тяжами и хомутами:
а — обратных стенок; б — передней стенки; 1 — трещины; 2 — тяжи; 3 — на-
тяжные муфты; 4 — каркас из прокатных элементов; 5 — распределительные
брусья
рают одним концом на подушку из шпал, другим — на переднюю стенку
устоя. Стенки прорези закрепляют досками или пластинами со стойками
и распорками. Снятие и установку разгрузочных пакетов выполняют в
’’окно” с соответствующим ограждением участка работ сигналами оста-
новки.
При опасном расстройстве кладки опор, угрожающем безопасности
движения поездов, впредь до капитального ремонта временно устанав-
ливают подкрепляющие элементы: стягивающие хомуты и тяжи, метал-
лические каркасы из прокатных профилей. Тяжи из круглых стержней
диаметром 25—30 мм чаще всего применяют для соединения деформиро-
ванных обратных стенок устоев (рис. 13.8, а). Для этого в кладке об-
ратных стенок делают необходимые отверстия, а в засыпке — прорези и
через них пропускают тяжи, которые натягивают гайками. Под гайки ста-
вят прокладки или шайбы больших диаметров.
Откалывающуюся часть кладки передних стенок устоев временно
укрепляют постановкой каркаса из прокатных двутавров, швеллеров
или рельсов и тяжей с винтовыми натяжными муфтами (рис. 13.8,6).
Тяжи одним концом закрепляют за каркас, установленный на передней
стенке, а другим — за анкерные балки, закрепленные за торцами обрат-
ных стенок или в их кладке.
Поврежденную кладку промежуточных опор укрепляют стягиваю-
щими хомутами из рельсов, прокатного металла и круглых или поло-
совых тяжей.
За опорами, отремонтированными по временной схеме, устанавли-
вают наблюдение. При проведении планового капитального ремонта вре-
менные подкрепляющие элементы заменяют на постоянные.
449
13.3.	Особенности содержания и ремонта опор,
эксплуатируемых в районах с суровым климатом
В опорах мостов, расположенных в районах с суровыми природно-
климатическими условиями (продолжительная зима с низкими отрица-
тельными температурами, вечномерзлые грунты, глубокое сезонное про-
мерзание грунтов, наледные явления и т.п.), наиболее распространены
следующие повреждения: осадки, сдвиги, крены, пучение оснований и,
как следствие, трещины и сколы кладки, смещение и вывалы камней
облицовки и блоков, раскрытие швов кладки и облицовки, выветрива-
ние и износ кладки, разрушение кладки в переменном уровне воды и
льда.
Наибольшие трудности для обеспечения нормальных условий экс-
плуатации опор создают деформации, связанные с деградацией вечной
мерзлоты в основании фундаментов и пучением грунтов, а также налед-
ные явления.
При проведении работ по текущему содержанию и ремонту опор
учитывают два характерных состояния вечномерзлых грунтов: мерзлое
и немерзлое (см. п. 1 Б). В связи с этим различают два принципа исполь-
зования таких грунтов в качестве оснований опор: с сохранением осно-
вания в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации (прин-
цип I),либо с допущением оттаивания (принцип И).
Сооружение опор исходя из принципа I является преобладающим
в северных регионах, так как нормальная эксплуатация опор возможна
лишь при обязательном сохранении грунтов основания в мерзлом со-
стоянии еще в стадии их сооружения и, конечно, в процессе эксплуа-
тации.
Опоры, построенные по принципу II (с допущением оттаивания
мерзлых оснований), обладают высокой жесткостью или, наоборот, по-
датливостью. В период их эксплуатации следует внимательно следить за
равномерностью оттаивания грунтов под фундаментом и равномерной
его осадкой. Регулирование оттаивания производят по специальному
проекту, разработанному проектной организацией или согласованному
с ней.
Большую опасность для опор представляют наледи, заполняющие
отверстия мостов. Образующиеся наледные бугры, воздействуя на опо-
ры, вызывают их деформации, а наледные воды, смерзаясь с кладкой,
разрушают ее поверхностные слои. Кроме этого, наледи могут изменить
сложившиеся мерзлотно-грунтовые и гидрогеологические условия и
привести к деградации вечной мерзлоты в основании опор.
Нередко деформации опор происходят вследствие глубокого сезон-
ного промерзания водонасыщенных грунтов и их пучения. Обычно та-
кие явления характерны для опор малых мостов. Выпучиванию опор
больших мостов препятствует их большой собственный вес и глубокая
заделка массивного фундамента в грунте.
450
Рис. 13.9. Охлаждающая установка
(термосифон):
1 — система труб; 2 — незамерзающая
жидкость (керосин) ; 3 — направления
циркуляции жидкости; 4 — скважина
Неисправности опор и причины, их вызывающие, устраняют в поряд-
ке текущего содержания и капитального ремонта. Силами дистанций
пути в основном проводят мероприятия по сохранению проектного ре-
жима грунтов оснований и предупреждению их пучения, а также неболь-
шие по объему работы по лечению кладки опор. К выполнению сложных
и трудоемких работ обычно привлекают специализированные подразде-
ления мосторемонтных и мостостроительных организаций.
Способы ремонта опор, изложенные в п. 13.2, применимы и в север-
ной климатической зоне. Но сложные условия эксплуатации опор, основ-
ные из которых изложены выше, вносят ряд особенностей в выполнение
ремонтных работ. В первую очередь это связано с необходимостью со-
хранения природного состояния мерзлого грунта.
- Поддержание расчетных отрицательных температур вечномерзлых
грунтов под фундаментами опор осуществляют путем сохранения естест-
венного торфяно-мохового покрова, устройства теплоизоляционных по-
крытий и подушек, применения охлаждающих установок — термосифо-
нов, замораживающих колонок и др. (см. п. 1.6). Охлаждающие установ-
ки обычно погружают в скважины в процессе сооружения опор. При не-
обходимости новые охлаждающие установки могут быть устроены и во
время эксплуатации по специальному проекту в порядке капитального
ремонта.
Для устройства новых или дополнительных охлаждающих установок
применяют обычную технологию погружения в мерзлые и немерзлые
грунты железобетонных столбов. Охлаждающую установку трубчатой
конструкции, например термосифон (рис. 13.9), опускают в предвари-
тельно пробуренную скважину и заполняют цементно-песчаным раство-
ром пространство между боковыми поверхностями трубы и скважины.
Количество термосифонов и схему их размещения определяют специ-
альным теплотехническим расчетом. Принимают необходимые меры,
451
Рис. 13.10. Схема устройства противо-
пучинной обсыпки фундамента опоры:
1 — мощение; 2 — верхняя граница
мерзлого грунта; 3 — утрамбованная
глина; 4 — обсыпка
предотвращающие размораживание грунта вокруг опоры и в скважинах
в процессе их бурения и опускания термосифонов. Работы ведут очень
осторожно,чтобы не повредить смежные участки.
Для усиления мерзлоты в основании эксплуатируемых устоев
сооружают галереи, продуваемые наружным холодным воздухом. В про-
рези за устоем укладывают одну трубу диаметром 100 см или несколько
труб меньшего диаметра. Трубы укрывают стекловатой и обсыпают
Крупнообломочным материалом. Работы ведут под защитой разгрузоч-
ных пакетов. Можно трубы установить и методом продавливания через
насыпь. Зимой холодный воздух, свободно поступая внутрь полости
галереи, замораживает грунт в основании устоя. В теплое время года
доступ наружного воздуха прекращают, закрыв плотно крышками от-
верстия галереи.
Основные противопучинные мероприятия, которые выполняют
в порядке текущего содержания малых мостов, изложены в п. 1.6. Сре-
ди них наиболее важным противопучинным мероприятием является за-
мена окружающего фундамент грунта на непучинистый. Для этого во-
круг опоры отрывают траншею с пологими откосами (рис. 13.10).
После укладки на дно траншеи слоя утрамбованной глины траншею
заполняют хорошо дренирующим материалом (крупным песком, грави-
ем, галькой) и пО'верху устраивают бетонную или каменную отмостку.
Необходимые размеры траншеи определяют расчетом.
В местах залегания пучинистых грунтов часто используют свайные
опоры. Для предупреждения выпучивания свай ниже глубины сезонного
промерзания грунта устраивают анкер-башмак в виде железобетонной
плиты (рис. 13.11). Предварительно вокруг свайной опоры отрывают
котлован и устраивают закладное крепление из досок и брусьев. Чтобы
дождевые воды не могли поступать в котлован, верхние доски крепле-
ния возвышают на 15—20 см над поверхностью грунта. В местах залега-
ния водонасыщенных немерзлых грунтов и при большом притоке грун-
товых или поверхностных вод котлован ограждают бездонным деревян-
ным ящиком. После завершения планировки дна котлована и укладки
щебеночной подушки толщиной 5—10 см приступают к устройству же-
лезобетонной плиты. Плиту армируют верхними и нижними горизонталь-
ными сетками, приваренными к рабочей арматуре свай. Дополнительно
перед бетонированием плиты наружные поверхности участков свай, рас-
положенных в пределах слоя бетона, насекают и смачивают водой. При-
меняют бетонную смесь класса не ниже В20 с морозостойкостью F200,
452
приготовленную на портландцементе или пластифицированном и гидро-
фобном портландцементе. В условиях агрессивной среды применяют
сульфатостойкий портландцемент. После достижения бетоном необходи-
мой прочности производят засыпку котлована грунтом с тщательным
послойным уплотнением его. Необходимые размеры анкерной плиты
определяют расчетом на силы морозного пучения.
Принцип работы такого противопучинного усиления свайного фунда-
мента анкерной плитой состоит в том, что грунт засыпки, смерзаясь
с окружающим грунтом, будет пучиться вместе с ним и создавать допол-
нительное вертикальное давление, направленное вниз на плиту и удержи-
вающее опору от выпучивания.
Для защиты промежуточных столбчатых опор из железобетонных
свай-столбов от ледохода поверхность столбов покрывают стальными
листами. При значительных повреждениях опор, испытывающих воздей-
ствие водного потока, перемещающихся донных отложений и попере-
менного замораживания-оттаивания бетона, устраивают защитные ко-
жуха, толстостенные железобетонные оболочки, обсыпки опор крупно-
обломочным материалом в сквозном металлическом каркасе для сохра-
нения формы обсыпки.
Низкая стабильная температура в зимний период позволяет приме-
нять способ вымораживания воды и грунта при ремонте подводной час-
ти опор (рис. 13.12). Этот способ особенно эффективен при наличии в
основании скального грунта. Под прикрытием ледяной перемычки про-
изводят установку выпавших облицовочных камней, расшивку швов,
заполнение бетоном каверн и ниш, цементируют кладку фундамен-
та и т. д.
Сложности, связанные с необходимостью устройства тепляка или
использования искусственного обогрева, могут быть преодолены путем
Рис. 13.11. Схема устройства анкерной
плиты:
7 — железобетонные сваи; 2 — плита;
3 — арматурная сетка; 4 — щебеночная
подушка
Рис. 13.12. Схема устройства ледяной
перемычки для ремонта подводной части
опоры:
1 — ледяная перемычка; 2 — повреж-
денные участки опоры; 3 — дно
453
применения теплоизоляционных покрытий, строительных растворов и
бетонов, твердеющих на морозе.
Опоры, получившие значительные повреждения (осадки, сдвиги,
крены) ремонтируют так же, как и в обычных условиях, - путем частич-
ной или полной их перекладки. При необходимости опоры заключают
в железобетонные несущие оболочки, ставят железобетонные пояса и
металлические каркасы, производят цементацию кладки. Наружные по-
вреждения ремонтируют торкретированием и набрызгбетонированием.
В качестве ремонтных составов широко используют полимер-
растворы или полимербетоны, имеющие хорошую адгезию к старой
кладке (каменной, бетонной), высокую износостойкость, прочность
и морозоустойчивость.
К материалам (бетону, цементному раствору), применяемым для
ремонтных работ в условиях сурового климата, предъявляют дополни-
тельные требования. К ним относятся применение высокомарочных спе-
циальных цементов (сульфатостойкого портландцемента, портландце-
мента с умеренной зкзотермией, тампонажного портландцемента, быст-
ротвердеющего портландцемента и др.), ограничение загрязненности
крупных и мелких заполнителей, ограничение водо-цементного отноше-
ния, включение в бетонную смесь пластифицирующих и воздухововле-
кающих добавок, обеспечивающих необходимую прочность и морозо-
стойкость не ниже F 300.
Поврежденные камни облицовки заменяют новыми из твердых
пород или блоками из бетона класса не ниже В60. В массивных опорах,
не имеющих арматуры, применяют ’’холодный бетон”, в котором с по-
мощью противоморозных добавок (ускорителей твердения) понижает-
ся температура замерзания смеси. В качестве добавок рекомендуют
использовать нитрат натрия или углекислый калий (поташ).
Глава 14
РЕМОНТ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ И ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
14.1.	Ремонт водопропускных труб
В процессе эксплуатации в дорожных трубах могут возникать и раз-
виваться разного рода повреждения (см. п. 2.8), затрудняющие нор-
мальные условия их работы и требующие проведения соответствующего
ремонта. Небольшие по объему и степени развития повреждения (де-
фекты укрепления русл и лотка, вывалы отдельных камней кладки,
выветривание швов и мелкие дефекты на поверхности трубы и оголов-
ков и др.) устраняются в порядке текущего ремонта. Работы (восста-
новление гидроизоляции,' торкретирование поверхности трубы, цемента-
ция ее кладки, перекладка оголовков и др.), требующие значительных
затрат средств и времени, привлечения специализированных строитель-
ных организаций, выполняются в порядке капитального ремонта.
Все ремонтные работы по устранению повреждений проводят забла-
говременно, чтобы подготовить трубы к пропуску паводка и ледохода.
Обычно их выполняют в летне-осенний период.
Для предотвращения подмыва труб и прилегающих насыпей в пер-
вую очередь чаще всего ремонтируют поврежденные участки подводя-
щих и отводящих русл, лотков, ограждений перед трубами, заделывают
раскрытые швы между звеньями и секциями трубы. Способы ремонта
и материалы, используемые для этой цели, выбирают в зависимости от
тира существующего укрепления русл и характера повреждений, гид-
равлического режима водного потока, климатических и грунтовых
условий.
Повреждения укрепления русл труб, расположенных в районах с
умеренным климатом, при непучинистых грунтах устраняют путем
укладки монолитного бетона класса не ниже В 20. Перед бетонированием
ремонтируемые участки очищают от старого разрушенного и слабого
бетона и устраивают основание из гравийно-песчаной смеси или щебня
толщиной не менее 5 см. В южных районах на непучинистых (крупно-
песчаных, гравелистых и щебеночных) грунтах подготовку можно не
делать. При необходимости в состав нового бетона вводят соответ-
ствующие добавки, повышающие его морозостойкость и химическую
стойкость в агрессивной воде.
Для ремонта лотка трубы также используют монолитный бетон или
цементный раствор. В случае образования вогнутого профиля лоток
выравнивают бетоном разной толщины, чтобы создать необходимый
уклон для быстрого отвода воды.
.455
Укрепление в виде двойного или одиночного мощения восстанавли-
вают укладкой камня на слой мха (не менее 5 см) и щебня (10—15 см)
с притрамбовкой или расщебенкой пустот. При значительной скорости
течения воды мощение ремонтируемых участков дополнительно укреп-
ляют проливкой цементного раствора (в количестве 0,15 см3 цемент-
ного раствора на 1 м3 мощения). Крупность камня назначают в зависи-
мости от скорости течения водного потока.
Особенно тщательно должно быть отремонтировано укрепление
отводящего русла трубы, так как выходящий поток обладает значитель-
ными скоростями (примерно в 1,5 раза больше скорости в трубе) и,
растекаясь, может вызвать подмыв выходного оголовка н звеньев тру-
бы. Целесообразным может быть также устройство за трубой специаль-
ных гасителей энергии потока (см. п. 8.6).
Поврежденные швы между звеньями и секциями трубы заделывают
ремонтным (цементным или полимерцементным) раствором. Для этого
швы и кромки звеньев (секций) предварительно очищают от старого
раствора с помощью специальных инструментов (крейцмейселей, крюч-
ков, металлических щеток и т. п.), не повреждая гидроизоляции трубы.
Затем швы конопатят пропитанной битумом или смолой паклей. Подго-
товленные таким образом швы шириной более 10 мм заполняют ремонт-
ными растворами в два приема: сначала швы заполняют частично, а после
схватывания — окончательно. Принимают меры, обеспечивающие надеж-
ное сцепление раствора со стенками шва.< Поверхностная затирка швов
без предварительной герметизации их паклей и раствором недопус-
тима.
Ремонтные растворы для заделки швов приготовляют на основе вы-
сокомарочных портландцементов. Используют цементно-песчаный рас-
твор состава 1:2 с водо-цементным отношением 0,35—0,45 и крупностью
зерен песка 0,3—1 мм. Состав полимерцементного раствора: цемен-
Рис. 14.1. Схема устройства гидроизоляции на концевых участках трубы:
О — без крепления откоса насыпи; б — с креплением откоса насыпи; 1 — гидро-
изоляция; 2 — слой мятой глины; 3 — раскрываемая часть насыпи над трубой;
4 — удерживающая стенка
456
Рис. 14.2. Схема устройства гидроизоляции по всей длине трубы:
1 — подушка из шпал; 2 — заборная стецка; 3 — разгрузочный мостик; 4 —
существующая труба; 5 — изоляция; 6 — слой мятой глины
та 10 л, песка 10 л, 2,5 — 3 л поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ) и
воды — 4 — 5 л (вместе с водой в составе эмульсии и в зависимости от
требуемой консистенции раствора).
Серьезным дефектом, осложняющим эксплуатацию каменных труб,
являются ослабление и вывалы камней кладки, что чаще всего происхо-
дит при интенсивном и глубоком выщелачивании раствора из кладки.
Во избежание просыпания грунта насыпи через вывалы камней и, как
следствие, повреждения пути срочно проводят работы по восстановле-
нию поврежденных участков кладки. До выполнения ремонта могут
быть поставлены временные поддерживающие конструкции.
' К работам капитального ремонта относят замену гидроизоляции,
которую на концевых участках трубы производят в открытых котлова-
нах с крутыми (рис. 14.1, а) или поддержанными крепью откосами
(рис. 14.1, б). Такую же, как в мостах, оклеенную гидроизоляцию свер-
ху покрывают слоем жидкой мятой глины толщиной 20 см, бетонными
или керамическими плитами. Смену гидроизоляции по всей длине трубы
производят без перерыва движения поездов под разгрузочным мостиком
(рис. 14.2) или в устраиваемой на ширину трубы прорези с распорным
креплением и забивной крепью. Перед укладкой изоляции открытые по-
верхности трубы тщательно очищают от грязи металлическими щетками
и промывают водой. Установку и уборку разгрузочного мостика выпол-
няют в ’’окно” между поездами, соблюдая соответствующие правила без-
опасного ведения работ.
Пустоты, образовавшиеся за стенками трубы из-за размыва грунта
насыпи, устраняют путем уплотнения насыпи или ее цементации. Послой-
ное (по 15—20 см) уплотнение грунта трамбовками применяют для не-
высоких насыпей. Пустоты в высоких насыпях заполняют цементным
15 Зак. 1188
457
Рис. 14.3. Схема устройства железобе-
тонной монолитной оболочки трубы:
1 — существующая труба; 2 — трещины,
раскрытые наружу;	3 — трещины,
раскрытые внутрь;	4 — ключевая
часть нового свода; 5 — кружала; б —
зона укладки бетона; 7 — готовый
обратный свод; 8 — узкоколейный
путь для подачи материала; 9 — трубы
для пропуска притекающей воды
раствором под давлением. Через инъекционные трубки, установленные
предварительно в швы между звеньями или трещины в теле трубы, сна-
чала нагнетают тощий, а затем жирный цементный раствор.
Трещины и пустоты, образовавшиеся в кладке массивных труб, заде-
лывают путем цементации, которую выполняют так же, как и при ремон-
те мостов.
Затекание воды под фундамент входного оголовка и ее фильтрацию
через трещины в кладке фундамента прекращают путем отрывки перед
ним в шпунтовом ограждении траншеи на глубину ниже подошвы фунда-
мента и заполнения траншеи мятой глиной. На время работ возможна пе-
реброска притекающей воды через котлован, для чего устраивают грун-
товую перемычку, поднимающую уровень воды перед трубой до уровня
лотка или временной трубы (чаще стальной), уложенной в отверстие
трубы и отводящей воду над участком работ.
Наиболее трудоемким видом работ, выполняемых дистанциями пути
при капитальном ремонте каменных и бетонных труб, является пере-
кладка оголовков и звеньев.
Ремонт оголовков производят при их сильной трещиноватости, рас-
пространяющейся и на фундаменты, а также больших деформациях,
угрожающих потерей устойчивости сооружения. Перекладку оголовка
или замену его сборной конструкцией производят в открытых котлова-
нах с временным креплением откоса насыпи по общим требованиям
(см. п. 8.6).
Усиление внутренними железобетонными монолитными оболочками
толщиной 15—25 см характерно для старых труб большого сечения с су-
щественными повреждениями кладки на глубину до 15.см, вывалами от-
дельных камней. Оболочка опирается на обрезы фундаментов или де-
лается с обратным сводом (рис. 14.3). Обычно работы выполняют в та-
кой последовательности. Сначала принимают меры для осушения трубы.
При сильной фильтрации воды в местах наибольшего притока ее бурят
сквозь кладку шпуры, в которые на растворе или клеевом составе за-
458
кладывают для отвода воды на время работ металлические трубки
с резьбой на выступающем внутрь трубы конце. После зачеканки щелей
расширяющимся цементом внутренние поверхности покрывают оклееч-
ной или обмазочной (тиоколовой) гидроизоляцией. Затем бетонируют
лоток с выпусками арматуры в стены. Вяжут арматурный каркас на всю
высоту стен и весь свод. Устанавливают опалубку нижней части по кру-
жалам, опираемым на затвердевший бетон лотка, и навинчивают заглуш-
ки на трубки, выпускающие воду внутрь трубы из-за стен и свода. Бето-
нируют стены и боковые части свода снизу вверх с закладкой досок опа-
лубки по мере бетонирования. Ключевую часть свода бетонируют вдоль
трубы с закладкой досок опалубки на ширине примерно 50 см. В завер-
шающей стадии снимают опалубку и выполняют отделочные работы. Ра-
боты ведут в сухое время года при минимальных притоках поверхност-
ной воды, отводимой по временно проложенным трубам.
При значительном выветривании кладки, наличии большого числа
мелких трещин, неглубоких сколов и раковин производят торкретиро-
вание внутренней поверхности труб. Торкретирование также производят
для придания кладке водонепроницаемости. Слой торкрета может быть
армированным или неармированным в зависимости от характера и раз-
меров повреждений, требуемой прочности и толщины. При повреждени-
ях кладки на глубину до 20 мм практикуют ремонтное торкретирование
без армирования. Участки со значительными повреждениями торкрети-
руют по металлической сетке из проволоки диаметром до 6 мм с ячей-
ками 5—10 см. Сетку крепят на расстоянии до 10 мм от поверхности
кладки к специально заделанным монтажным штырям. Торкретирова-
ние ведут в два-три: слоя с толщиной каждого слоя не более 20—25 мм.
Армирование торкретного слоя повышает его прочностные свойства и
защищает кладку от ударного и истирающего воздействия льда, воды,
, наносов и т. п.
В последнее время для ремонта дефектных поверхностей труб на-
ходит все большее применение набрызгбетон. Отремонтированные с по-
мощью набрызгбетона поверхности кладки отличаются высокой проч-
ностью и устойчивостью к воздействию агрессивных вод.
Работы по торкретированию и бетонированию набрызгом кладки
труб аналогичны работам, проводимым при ремонте опор и пролетных
строений мостов, и регламентируются соответствующими технологиче-
скими правилами, утвержденными Главным управлением пути МПС.
При возможности уменьшения существующего отверстия трубы
ремонт ее может быть выполнен методом гильзования, т. е. введением
стальной оболочки внутрь ремонтируемой трубы или методом затаски-
вания в трубу сборной железобетонной оболочки — втулки. Зазоры меж-
ду гильзой (втулкой) и трубой заполняют бетоном, а узкие щели — це-
ментным раствором. При тщательной подгонке наружного очертания
втулки к внутреннему очертанию ремонтируемой трубы отпадает необ-
ходимость бетонирования зазоров и пустот. Внутри больших каменных
15*
459
Рис. 14.4. Ремонтируемая труба со
встроенной внутренней железобетонной
рамой:
1 — укрепленный подводным бетониро-
ванием лоток трубы; 2, 3 — стенка и
ригель встроенной рамы
сводчатых труб для повышения их грузоподъемности могут быть встрое-
ны звенья новой конструкции, объединенные для совместной работы со
старой кладкой штырями и выпусками арматуры (рис. 14.4).
При очень плохом состоянии трубы и нецелесообразности ремонта ее
частично или полностью перекладывают или заменяют на новую одним из
способов, рассмотренных выше (см. п. 8 6).
Общие сведения о механизмах и оборудовании, применяемых при
ремонте и усилении искусственных сооружений, в том числе и труб, при-
ведены в п. 10.4.
14.2.	Особенности содержания и ремонта водопропускных труб,
эксплуатируемых в районах с суровым климатом
Основные повреждения водопропускных труб в северной строитель-
но-климатической зоне — продольная растяжка и расстройство швов, по-
вышенные и неравномерные осадки звеньев, отжимы и перекосы оголов-
ков — главным образом связаны с деградацией вечной мерзлоты в осно-
вании трубы и пучением грунтов, а также с образованием наледей. Поэто-
му ремонтные работы в основном направлены на заделку швов между
звеньями (секциями), замену пучинистого грунта в основании фунда-
ментов оголовков, перекладку оголовков, устройство внутренней же-
лезобетонной оболочки, торкретирование выветрившихся и трещинова-
тых поверхностей, цементацию кладки, восстановление лотка и укрепле-
ние русл у трус. Эти работы выполняют методами, изложенными в
п. 14.1, но с учетом местных климатических и грунто-мерзлотных усло-
вий, а также с учетом принятых при проектировании двух принципов ис-
пользования вечномерзлых грунтов в процессе сооружения и эксплуата-
ции труб: принцип I — сохранение основания в мерзлом состоянии в
течение всего периода эксплуатации сооружения; принцип II — допуще-
ние оттаивания и его регулирование.
460
Сооружение труб и их эксплуатация исходя иэ принципа I являет-
ся преобладающим в северной строительно-климатической зоне.
Опыт эксплуатации показывает, что водопропускная труба оказы-
вает охлаждающее влияние на насыпь и способствует сохранению грун-
тов основания в мерзлом состоянии. Нарушение естественного расти-
тельного и торфомохового покрова, застой поверхностных вод у
подошвы насыпи, наледи и размывы русл нейтрализуют охлаждающий
эффект, утепляют грунты основания й тем самым понижают границу
вечномерзлого слоя. Поэтому в проекты капитального ремонта труб,
подверженных осадкам в результате оттаивания и деформирования
вечномерзлых грунтов основания, включают технические решения,
улучшающие тепловой режим. В их числе — ликвидация застоя поверх-
ностных вод у входных и выходных отверстий, а также у подошвы на-
сыпей; восстановление растительного и, торфомохового покрова в
полосе отвода; покрытие каменной наброской откосов прилегающих
к трубе участков насыпи и русла водотока у обоих отверстий. В особо
сложных случаях используют охлаждающие установки или другие спе-
циальные устройства (см. пп. 1.6 и 13.3).
Поврежденные участки русла трубы восстанавливают укладкой
крупного бутового камня размером 30-40 см. Для ремонта лотков
применяют бетонные смеси, в состав которых вводят добавки, повы-
шающие их прочность, морозостойкость и химическую стойкость.
В НИИ мостов разработаны составы полимербетонов и полимер-
растворов на основе эпоксидно-тиоколовых связующих, которые пред-
лагаются для ремонта лотков и стен труб в районах с расчетной темпе-
ратурой воздуха ниже минус 40 °C. Ремонт лотков металлических гофри-
рованных труб (МГТ) с помощью полимербетонов проводят путем за-
мены разрушенного лотка по всей длине или части длины трубы. Ремонт
бетонного лотка с отдельными местными разрушениями с помощью
полимербетона нецелесообразен. Лотки в МГТ, как правило, устраивают
сборными из полимербетонных блоков. Допускается применение бло-
ков, изготовленных из морозостойкого бетона, с наружной износостой-
кой защитой из полимеррастворов. В лотках из монолитного полимер
бетона предусматривают армирование металлической сеткой, закреплен-
ной на торцах трубы и в пределах каждой секции. Ремонт лотков бетон-
ных и железобетонных труб включает удаление размороженного слоя
бетона лотка, выравнивание поверхности лотка с заполнением ниш в
стенках трубы свежеуложенным бетоном и устройство высокоморозо-
стойкого защитного слоя из полимербетонов по всей поверхности лот-
ковой части трубы. Между старым и свежеуложенным бетоном, а также
перед укладкой защитного слоя полимербетона на поверхности для по-
вышения сцепления наносят эпоксидный клей К-153 или слой эпоксид-
ной смолы с отвердителем.
Кроме ремонта лотковой части, предлагаемые полимербетоны и по-
лимеррастворы могут быть использованы в качестве гидроизоляцион-
461
Рис. 14.5. Схема противопучинной об-
сыпки фундамента оголовка трубы:
1 — верхняя граница мерзлого грунта;
2 — утрамбованная глина; 3 — обсыпка;
4 — мощение
ных защитных покрытий, для заделки поврежденных швов и инъекти-
рования трещиноватой кладки трубы.
Для предупреждения выпучивания оголовков трубы пучинистый
грунт вблизи их фундаментов заменяют на непучинистый. Для этого
разрабатывают траншею на высоту не менее половины глубины заложе-
ния фундамента и засыпают ее смесью щебня с песком с тщательным по-
слойным уплотнением (рис. 14.5). Сверху устраивают каменную от-
мостку, В особо сложных случаях целесообразно устройство дренажей,
отводящих воду за пределы оголовков.
Работы по перекладке или переустройству оголовков проводят по
обычной схеме, принятой для районов с умеренным климатом, но прини-
мают меры, обеспечивающие сохранность основания в мерзлом состоя-
нии (принцип I). Участок площадки, прилегающий к ремонтируемому
оголовку, подготавливают к работе: устраивают теплоизоляционную по-
душку из каменных материалов и песка толщиной до 0,5 м и при необ-
ходимости отводят поверхностную воду. В зимний период, когда дея-
тельный слой находится в мерзлом состоянии, подсыпку не делают. Раз-
борку старого оголовка и установку нового ведут под защитой грунто-
удерживающих устройств. Укрепительные и отделочные работы, как
правило, выполняют в летний период. Бетон и строительные растворы
используют северного исполнения (см. п. 13.3).
Растяжку звеньев трубы ограничивают уположением откосов насы-
пи или применением двусторонних берм либо путем укрепления (заме-
ны) грунта основания. Укрепления грунтов достигают цементацией,
смолизацией или силикатизацией. В зависимости от характера грунтов
применяют разные тампонажные средства: при цементации — цемент;
при смолизации — синтетические смолы, например мочевиноформаль-
дегидную, и отвердитель —4 %-ный раствор щавелевой кислоты; при
силикатизации — силикат натрия и хлористый кальций. В качестве вре-
менной меры звенья трубы можно объединить стягивающими металли-
ческими тяжами, пропущенными внутри трубы вдоль стен и закреплен-
ными на ее торцах. Возможно экранирование трубы, заключающееся в
укладке вдоль трубы с наружной стороны гибких неразрезных полос.
При серьезном расстройстве кладки трубы внутрь ее вводят метал-
462
-a
лические трубы — гильзы или железобетонные звенья — втулки. Воз-
можность уменьшения отверстия трубы проверяют расчетом.
Упомянутые методы ремонта труб неравноценны и каждый из них
может быть применен в определенных условиях, обоснованных техни-
ко-экономическим анализом. Следует иметь в виду, что такие виды ре-
монтных работ, как перекладка оголовков и фундаментов, замена пу-
чинисгого грунта в основании, предотвращение продольной растяжки
звеньев и др., не только сложны и трудоемки, но и весьма опасны. Их
нужно выполнять очень осторожно, чтобы не нарушить естественное со-
стояние мерзлого грунта и не осложнить далее работу несущих элемен-
тов трубы.
Несмотря на определенные трудности, все земляные работы целе-
сообразно выполнять в период устойчивых низких отрицательных,темпе-
ратур. В этот период котлованы можно разрабатывать без ограждений
и водоотлива, облегчается подвоз материалов и оборудования к трубам,
расположенным, как правило, в труднодоступных и заболоченных
местах.
Большую опасность для нормальной работы трубы‘представляют
наледи, которые часто полностью закупоривают их отверстия и препят-
ствуют стоку воды. Защитные противоналедные мероприятия, выпол-
няемые силами дистанций пути, включают: разрушение наледей бульдо-
зерами, подвесными гидро- и пневмомолотами или буровзрывным спо-
собом; оттаивание наледей за счет покрытия их прозрачными полимер-
ными пленками, зачернения поверхности наледей угольной пылью, зо-
лой; устройство задерживающих валов из снега, льда и грунта, а также
противоналедных временных заграждений (рис. 14.6); пропуск налед-
ной воды с помощью временного лотка. Выбор способа борьбы с на-
ледью зависит от ее объема, условий формирования и роста, а также воз-
можностей эксплуатирующей организации.
Для предотвращения закупорки труб наледями могут быть исполь-
зованы противоналедные оголовки, предложенные В. А. Дементьевым
Рис. 14.6. Схема задержания наледи
перед трубой:
1 — входной оголовок трубы; 2 —
временное заграждение (забор из метал-
лической сетки Рабица, пленки, мешко-
вины и др.) ; 3 — наледь; h — высо-
тр
та трубы
463
(рис. 14.7). Принцип работы противоналедного оголовка заключается
в регулировании поступления наледных вод в трубу с разделением на
сток через трубу и аккумуляцию наледи перед оголовками трубы. Ког-
да уровень наледного льда достигает низа металлического щита, проис-
ходит автоматическая закупорка щели под щитом, и сток наледной воды
в трубу прекращается. При этом верхняя часть отверстия трубы, равная
'/4 — */з ее высоты, остается свободной для стока весенних вод. Вес-
ной (после прекращения образования наледи) регулирующий щит уда-
ляют. Ледяной уступ, образовавшийся перед шитом, размывается весен-
ними водами, и отверстие трубы полностью освобождается от наледи.
В последние годы широкое распространение находят способы безна-
ледного пропуска водотоков. С этой целью сооружают каптйжно-дре-
нажнке сооружения, в состав которых входят водоотводные коллекто-
ры и дренажные системы. Для перехвата и сбора поверхностных вод и
направления их в йодоотводные коллекторы применяют специальные
каптажные устройства. На рис. 14.8 в качестве примера приведена кон-
струкция каптажного устройства, разработанная Сибгипротрансом по
предложению лаборатории мостовых конструкций СибГАПС. Размеры
каптажного устройства подобраны таким образом, чтобы обеспечить
безнапорный режим водоотводного коллектора.
Рис. 14.7, Конструкция противоналедного оголовка:
1 — труба; 2 — портал оголовка; 3 — надпортальная стенка; 4 крылья оголов-
ка трубы; 5 — распорка; 6 — уголки для крепления щита; 7 — регулирующий
металлический щит; 8 — болты для крепления щита; 9 — полиэтиленовая пленка;
10 — зазор между низом щита и входным лотком трубы; 11 — входной лоток
трубы; 12 — наледь; 13 — свободная часть отверстия трубы; 14 — замкнутое
пространство перед трубой; z — толщина наледи максимальная; z — толщи-
нм	нд
на наледи, допустимая в трубе
464
Рис. 14.8. Конструкция каптажного устройства:
1 — водоприемный колодец; 2 — соединительная труба; 3 — смотро-
вой колодец коллектора; 4 — дренажная труба; 5 — коллектор; 6 —
водоотводная канава
В тех случаях, когда конструктивные и заградительные меры ока-
зываются недостаточными, в процессе выполнения ремонтных работ
прибегают к прогреву воды на концевых участках трубы. Обогрев тру-
бы может быть использован и для безналедного пропуска водотока.
14.3.	Ретионт деревянных 'мостов
Необходимость ремонта деревянных мостов чаще всего возникает
из-за неудовлетворительного состояния несущих элементов (прогонов,
подкосов, насадок, свай и др.) вследствие загнивания древесины, ослаб-
ления скреплений и расстройства соединений и узлов, а также в резуль-
тате различных механических повреждений.
Все элементы, у которых поражено гнилью свыше 15 % поперечного
сечения или имеющие внутреннее загнивание, как правило, заменяют на
новые. При этом основные работы по замене дефектных свай, насадок,
прогонов и подкосов производят в ’’окна”, соблюдая соответствующие
465
правила безопасного ведения работ. Для разгрузки заменяемого элемен-
та используют вспомогательные конструкции (стойки, рамы, шпальные
клетки и т. п.), домкраты, затяжки и т. д. Все вновь устанавливаемые
при ремонте элементы тщательно антисептируют.
Сваи (стойки) в зависимости от степени пораженности гнилью заме-
няют либо целиком — от верхней насадки до самого нижнего уровня
загнивания древесины, либо частично — только в пределах дефектного
участка длины сваи. При частичной замене устраивают вставки взамен
удаленных загнивших частей. Стыкуют новые вставки с остающимися
старыми частями свай врубкой вполдерева с обжатием как минимум
двумя кольцевыми хомутами или впритык посредством штыря и метал-
лических накладок. Для надежного сопряжения стыкуемых элементов
длина новых вставок, а также остающихся частей существующих свай
должна быть не менее 2,5 м при стыке вполдерева и 1,5 м при стыке
впритык. Плотное прилегание ’горцов стыкуемых плоскостей новых и
старых частей свай обеспечивают последовательным пропиливанием по
стыку и осаживанием верхней части сваи.
С тык вполдерева (рис. 14.9, я) устраивают длиной не менее трех
диаметров сваи и охватывают хомутами из полосовой стали шириной
60—80 мм и толщиной 8—10 мм. Стык впритык, (рис. 14.9, б) перекры-
вают четырьмя планками длиной 600—800 мм из полосовой стали ши-
риной 50—80 мм и толщиной 8—10 мм, стягиваемыми попарно болтами
диаметром 18—20 мм. По оси стыкуемых элементов ставят металличес-
кие штыри длиной 200—300 мм и диаметром 22—30 мм. Дополнительно
для увеличения жесткости стыки обжимают в двух направлениях схват-
ками. После завершения ремонта сваи включаются в работу на постоян-
ную нагрузку путем поддомкрачивания или подклинки.
Сваи, расположенные в конусе насыпи, удобно ремонтировать ле-
том, когда проще откопать дефектную сваю на необходимую глубину.
Сваи речных опор целесообразнее ремонтировать со льда зимой.
Замену сильно прогнивших или поврежденных насадок обычно про-
изводят одновременно с ремонтом свай, что значительно упрощает про-
цесс работ. В случае необходимости замены только насадки ее предвари-
тельно разгружают поддомкрачиванием прогонов. Для этой цели рядом
с насадкой, требующей замены, располагают шпальную клетку, на кото-
рую устанавливают домкраты и стойки, подпирающие прогоны. В сторо-
не готовят новую насадку с необходимыми гнездами для штырей. Затем
в ’’окно”, освободив насадку от всех болтов и скреплений, препятст-
вующих ее снятию, и ослабив ближайшие стыковые соединения путевых
рельсов, с помощью домкратов поднимают прогоны на высоту, доста-
точную для снятия старой насадки и установки новой. После завершения
всех работ по установке насадки прогоны опускают на место, ставят
снятые скрепления и рельсовый путь приводят в нормальное состояние.
Прогоны обычно заменяют полностью — от одного стыка прогона до
другого. Предварительно в стороне по размерам заменяемых прогонов
466
готовят новые прогоны. Замена прогонов может быть одиночной или
сплошной и выполняется в ’’окно”.
Одиночную замену прогонов выполняют как с разборкой мостового
полотна, так и без нее. В первом случае новый прогон продольной на-
движкой заводят на мост и после удаления старого прогона устанавлива-
ют на его место. Во втором случае вначале снимают болты, соединяющие
заменяемый прогон с мостовым полотном, затем мостовое полотно при-
поднимают домкратами на 3—5 см, удаляют старый прогон и на его мес-
то сбоку заводят новый.
При сплошной замене удаление старых и установку новых прого-
нов вместе с мостовым полотном производят с помощью кранов или
поперечной передвижкой по временным подмостям, сооруженным с
двух сторон моста. В ’’окно” старые прогоны вместе с мостовым полот-
ном сдвигают в сторону, а на их место надвигают новые прогоны. Пере-
двигают старые и новые прогоны вручную или лебедками по рельсам
или лагам, уложенным поперек оси моста.
Поверхностные повреждения древесины гнилью, неплотности в со-
единениях, трещины от усушки древесины устраняют в порядке теку-
щего содержания. Появившуюся гниль при небольшом ослаблении
(до 15 % сечения) удаляют стеской до обнажения здоровой древесины.
После удаления гнили очищенное место покрывают антисептической
0
(^=8-10
ЕЙ
80-10
Не менеё 0,8 м
2

з
2 — хомут; 3 — болт; 4 —
5 — штырь
Рис. 14.9. Стыки свай (стоек) :
а _ вполдерева; б — впритык; 1 — свая
(стойка),
накладка;
Схема выправки деревянной
Рис. 14.10.
опоры:
1 — защитная ряжевая оболочка; 2 —
дополнительные связи; 3 — каменное
заполнение

467
пастой на битумной или блаклаковой основе с фтористым натрием. Тре-
щины в элементах очищают от грязи, промазывают пастой и заделывают
шпаклевкой. При необходимости их стягивают хомутами и скобами.
Харатеристика составов применяемых "антисептиков и технология их
использования приведены в справочной литературе по ремонту мостов.
Все антисептические составы в той или иной мере ядовиты и при работе
с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности.
Неплотности в соединениях устраняют подтяжкой болтов. Неустра-
нимые подтяжкой болтов зазоры компенсируют металлическими клинья-
ми — прокладками (не более трех на один болт). Применение деревян-
ных прокладок не допускается. В разработанные (размалкованные)
отверстия в соединениях элементов устанавливают болты большого диа-
метра или вставляют стальные трубки
В отдельных случаях в эксплуатации могут потребоваться усиление
и выправка деревянных опор моста. Чаще всего это бывает при крене
опоры вследствие пучения грунта, Подмыва русла, ударов льда и т. п.
В таких случаях обычно ставят дополнительные связи и возводят защит-
ные ряжевые оболочки, заполненные камнем (рис. 14.10). Эти работы
выполняют в порядке капитального ремонта.
При аварийном состоянии основных несущих элементов (пролет-
ных строений, опор) деревянные мосты заменяют на постоянные мосты
или трубы (см. п. 8.5).
ОГЛАВ ЛЕНИ E
От авторов........................................................   3
Глава 1. Общие сведения по эксплуатации мостов и труб............... 5
1.1.	Характеристика мостов и труб на железных дорогах России ...	5
1.2.	Организация содержания мостов и труб . .............  .	10
1.3.	Содержание мостового полотна и пути на мостах.......... 18
1.4.	Содержание подмостового русла и регуляционных сооружений .	25
1.5.	Эксплуатационные обустройства на мостах................ 31
1.6.	Особенности эксплуатации искусственных сооружений в су-
ровых климатических условиях................................	38
Глава 2. Обследование искусственных сооружений. Основные поврежде-
ния мостов и водопропускных труб................................... 44
2.1.	Задачи обследования и классификация повреждений........ 44
2.2.	Обследование подмостового русла и регуляционных соору-
жений ...................................................... 46
2.3.	Съемка плана и профиля мостов и труб................... 49
2.4.	Основные повреждения металлических пролетных строений ... 52
2.5.	Повреждения железобетонных, бетонных и каменных пролетных
строений.................................................... 72
2.6.	Повреждения мостовых опор и опорных частей............. 77
2.7.	Повреждения деревянных мостов.......................... 82
2.8.	Повреждения водопропускных труб........................ 84
Глава 3. Испытания сооружений...................................... 86
3.1.	Цель и виды испытаний.................................  86
3.2.	Испытания мостов статической и динамической нагрузками ... 87
3.3.	Организация и проведение испытаний..................... 89
3.4.	Определение механических характеристик и качества материала
сооружений.................................................  92
3.5.	Способы выявления скрытых дефектов...................  100
3.6.	Техника безопасности при проведении испытаний..........106
Глава 4. Измерение напряжений и различных характеристик при испыта-
ниях сооружений....................................................110
4.1.	Методы измерения напряжений.........................  .110
4.2.	Измерение напряжений методом тензометрии...............122
4.3.	Приборы и способы измерения перемещений при статических
воздействиях................................................141
4.4.	Приборы и способы измерения перемещений при динамических
воздействиях................................................150
4.5.	Тарировка приборов.....................................156
4.6.	Выбор способов измерений и размещение приборов при испы-
таниях .....................................................159
4.7.	Обработка, оценка	ианализ результатов испытаний........164
469
Глава 5. Определение грузоподъемности металлических пролетных
строений мостов................................................    173
5.1.	Основные положения классификации мостов по грузоподъем-
ности.......................................................173
5.2.	Оценка грузоподъемности балок со сплошной стенкой......188
5.3.	Определение грузоподъемности элементов решетчатых главных
ферм пролетных строений.....................................200
5.4.	Учет влияния повреждений элементов на их несущую способ-
ность .......................................................205
5.5.	Особенности определения грузоподъемности усиленных эле-
ментов.......................................................206
5.6.	Использование ЭВМ при классификации пролетных строений
мостов.......................................................209
5.7.	Классификация подвижных нагрузок и оценка возможности
их пропуска по мосту......................................  214
1
Глава 6. Определение грузоподъемности железобетонных пролетных
строений и опор....................................................222
6.1.	Общие положения расчета................................222
6.2.	Определение грузоподъемности пролетных строений с использо-
ванием опалубочных и арматурных чертежей....................224
6.3.	Определение грузоподъемности пролетных строений на основе
сопоставления расчетных норм................................232
6.4.	Учет влияния повреждений на грузоподъемность пролетных
строений....................................................234
6.5.	Основные положения оценк и грузоподъемности опор ......241
Глава 7. Надежность и усталостная долговечность мостовых конструкций 254
7.1.	Основные понятия и характеристики надежности...........254
7.2.	Оценка усталостной долговечности элементов металлических
пролетных строений..........................................261
7.3.	Концентрация напряжений около отверстий в элементах с за-
клепочными и болтовыми соединениями испособы ее оценки . .278
7.4.	Режимы нагружения элементов пролетных строений мостов . . . 292
7.5. Ресурс элементов пролетных строений и способы его повышения 301
Глава 8. Реконструкция мостов и труб..............................311
8.1.	Общие сведения . ...................................  311
8.2.	Экономическая оценка вариантов усиления или замены пролет-
ных строений. .............................................313
8.3.	Реконструкция мостов с заменой пролетных строений.....316
8.4.	Реконструкция моста в связи с изменением числа путей и под-
мостового габарита.........................................327
8.5.	Прочие виды реконструкции мостов......................336
8.6.	Реконструкция водопропускных труб.....................346
Глава 9.	Усиление металлических цролетных строений..............353
9.1.	Цель и способы усиления...............................353
9.2.	Усиление пролетных строений со сплошными балками......355
9.3.	Усиление балок проезжей части.........................358
9.4.	Усиление главных ферм и связей........................362
9.5.	Расчет усиления металлических пролетных строений......369
470
Глава 10. Усиление железобетонных, бетонных и каменных пролетных
строений и опор........................................376
10.1.	Усиление балочных железобетонных пролетных строений . . . .376
10.2.	Усиление арочных каменных и бетонных пролетных строений . 384
10.3.	Усиление опор........................................387
10.4.	Механизация работ при усилении мостов................396
Глава 11. Ремонт металлических пролетных строений.................402
11.1.	Ремонт клепаных пролетных строений...................402
11.2.	Особенности ремонта сварных элементов и соединений...408
11.3.	Ремонт мостового полотна.............................409
11.4.	Защита металлических пролетных строений от коррозии ....413
11.5.	Особенности устранения повреждений опорных частей....418
Глава 12. Ремонт железобетонных пролетных строений................421
12.1.	Способы ремонта пролетных строений...................421
12.2.	Ремонт гидроизоляции й водоотводных устройств........431
12.3.	Механизация работ при ремонте........................434
Глава 13. Ремонт бетонных, каменных пролетных строений и массивных
опор..............................................................438
13.1.	Особенности ремонта каменных и бетонных мостов.......438
13.2.	Ремонт массивных опор................................439
13.3.	Особенности содержания и ремонта опор, эксплуатируемых
в районах с суровым климатом.............................  450
Глава 14.	Ремонт водопропускных труб и деревянных мостов.......455
14.1.	Ремонт водопропускных труб . . ......................455
14.2.	Особенности содержания и ремонта водопропускных труб,
эксплуатируемых в районах с суровым климатом...............460
14.3.	Ремонт деревянных мостов.............................465