Текст
ОН 4 ЕЛИ
МОСТЫ И ТОННЕЛИ
МОСТЫ И ТОННЕЛИ
Под редакцией
доктора технических наук проф. С. А. ПОПОВА
Утверждено Главным управлением учебными
заведениями МПС в качестве учебника для
студентов вузов железнодорожного транспорта
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1977
УДК [62'121/6 + 62.29] 625 1
MW
Мосты и тоннели. Под ред С А. Попова. Учебник для
вузов ж-д транспорта М, «Транспорт», 1977 526 с Авт
ПоповС А, Осипов В О, Померанцев А М.,
БобриковБ В,ХраповВ Г.
В книге описаны конструкции железнодорожных мостов
и тоннелей, применяемых в практике отечественного и зару-
бежного мосто- и тоннелестроения, а также водопропуск-
ных труб под насыпями Приведены краткие сведения по ав-
тодорожным и городским мостам
Даны рекомендации по проектированию мостов, тонне-
лей и труб из различных материалов, составлению и срав-
нению вариантов моста в целом и его деталей. Освещены
современные методы расчета мостовых и тоннельных конст-
рукций на основе действующих норм проектирования При-
ведены способы постройки мостов, тоннелей и труб, а так-
же изложены вопросы их содержания, эксплуатации, ремон-
та и реконструкции.
Книга является учебником для студентов вузов желез-
нодорожного транспорта специальности «Строительство же-
лезных дорог, путь и путевое хозяйство», может служить
пособием для инженеров мостовиков
Ил 389, табл 19
Книгу написали:
проф С А Попов — главы I, V, XVII—XXI;
проф В О Осипов - главы II, III, XXIII-XXVI,
доц А М Померанцев — главы VII—XII, XIV, XV,
доц Б В Бобриков — главы IV, VI, XIII, XVI, XXII,
доц. В Г Храпов — главы XXVII—XXXVII
Я1801-143
М 049(01)-77
143-77
© Издательство «Транспорт», 1977
ОТ АВТОРОВ
Величественная программа создания материально-технической ба-
зы коммунизма, решения XXV съезда КПСС ставят грандиозные за-
дачи во всех областях народного хозяйства. Этими общими задачами
определяются и пути дальнейшего развития транспортного строитель-
ства и реконструкции существующих дорог, сопровождающиеся зна-
чительным ростом объемов работ по возведению мостов, тоннелей,
труб и других искусственных сооружений.
В общем объеме капиталовложений значительную долю составляют
мосты и тоннели: в обычных условиях до 14% от стоимости новой
дороги.
Решение задач снижения стоимости, трудоемкости и сроков стро-
ительства осуществляется на основе дальнейшего ускорения техни-
ческого прогресса, главным направлением которого в мосто- и тоннеле-
строении является индустриализация, т. е. применение сборных кон-
струкций высокой степени готовности из элементов заводского изго-
товления при их экономичности, долговечности, высоких эксплуата-
ционных качествах. Такое направление требует взаимных усилий про-
ектирующих, строительных и эксплуатационных организаций.
В области проектирования ведущим направлением является раз-
работка новых конструктивных форм сооружений, дальнейшее раз-
витие методики расчета, применение высокопрочных эффективных
материалов, в области строительства — повышение уровня комплекс-
ной механизации, организация поточного производства и монтажа
сборных конструкций опор и пролетных строений, особенно в суровых
климатических условиях, совершенствование организации и управ-
ления строительством, в области эксплуатации — создание средств
комплексной механизации работ, связанных с обеспечением нормаль-
ной эксплуатации сооружений.
Развитие транспортного строительства в текущем пятилетии в це-
лом и мостов и тоннелей, в частности, требует дальнейшего увеличения
выпуска и повышения качества подготовки инженеров-строителей
железных дорог, умеющих грамотно строить и эксплуатировать искус-
ственные сооружения, от надежной работы которых зависит беспере-
бойность эксплуатации всей дороги.
Инженер-строитель железных дорог должен хорошо знать конструк-
цию, проектирование, строительство и эксплуатацию мостов, труб
и тоннелей всех видов, понимать значение унификации конструктив-
ных форм и производственных процессов, особенно необходимой для
широкой индустриализации строительства искусственных сооружений.
&тим требованиям должен отвечать и учебник,^предназначенный
для изучения курса мостов и тоннелей студентами специальности
«Строительство железных дорог». Построение учебника соответствует
программе курса «Мосты и тоннели» для этой специальности.
При изложении материала в разделе «Мосты» использована мето-
дика проф. Г. К. Евграфова, создавшего в 1940 г. курс «Мосты на же-
лезных дорогах», проверенный и одобренный практикой подготовки
специалистов в вузах железнодорожного транспорта в течение несколь-
ких десятилетий. В основе этой методики лежит принцип обучения сту-
дентов на базе творческого подхода к проектированию, при котором
решение любой задачи (выбор схемы сооружения, подбор сечений эле-
ментов и др.) выполняется не по готовым рецептам, а путем рассмот-
рения и сравнения между собой ряда вариантов возможных решений,
для которых в учебнике даны их конструктивные особенности, досто-
инства и недостатки.
Авторы стремились сочетать краткость изложения с. подробной
характеристикой конструктивных особенностей наиболее массовых
искусственных сооружений. При этом было учтено-например, что ароч-
ные, рамные и комбинированные системы мостов больших пролетов
будут проектировать и строить инженеры специальности «Мосты и
тоннели», а постройкой и реконструкцией балочных железобетонных
и стальных мостов, сборных железобетонных труб и деревянных мо-
стов будут руководить в основном инженеры — строители железных
дорог. Мосты особых видов (разводные, наплавные и др.) и неиндуст-
риальные (например, каменные) в учебнике не рассматриваются. Под-
робные примеры конструкции пролетных строений мостов, разрабо-
танных различными проектными организациями, ввиду краткости
изложения в учебнике не приводятся.
В главах, посвященных расчету мостовых конструкций, приведены
материалы действующих нормативных общесоюзных и ведомствен-
ных документов с учетом новейших результатов исследований, в том
числе разработок для новой главы СНиП П-43 по проектированию
мостов и труб.
В расчетах при курсовом проектировании следует, наряду с ре-
комендациями учебника, руководствоваться действующими на дан-
ном этапе нормами проектирования мостов и труб.
Раздел учебника «Тоннели» в весьма сжатом объеме написан впер-
вые на основе многолетней практики преподавания этой части курса
на факультете «Строительство железных^дорог» в МИИТе.
При подготовке учебника к изданию учтены ценные рекоменда-
ции коллективов кафедр ЛИИЖТд: «Мосты» (зав. кафедрой проф.
IЖ Г Протасов |) и «Тоннели и метрополитены» (зав. кафедрой проф.
Ю. А. Лиманов), инженеров О. А. Попова, И. П. Валуева, И. С. Файн-
штейна, Е А. Коновалова, В. А. Семенова.
МОСТЫ И ТРУБЫ
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОСТАХ
§ 1. Основные виды мостов
Основные понятия курса. Пересечение реки дорогой или другой транс-
портной артерией представляет собой мостовой переход.
Мостовым переходом (рис. 1) называется комплекс
инженерных сооружений, состоящий из собственно моста, подходов
к нему и регуляционных сооружений, предназначенных для плавного
(без размывов и завихрений) пропуска воды под мостом. Проектиро-
вание мостовых переходов изучается в курсе «Изыскания и проекти-
рование железных дорог». Там же рассматриваются и тоннельные пере-
сечения, представляющие собой пересечение дорогой препятствия
(водного, рельефного, городской застройки и т. п.), и выбор варианта
пересечения (мостом или тоннелем).
В данном разделе курса рассматриваются только сооружения,
предназначенные для пропуска под дорогой воды (мосты, трубы,
фильтрующие насыпи, дюкеры,- лотки) или другой дороги (путепро-
воды).
Мост (рис. 2) — искусственное сооружение для пропуска до-
роги через водоток, состоящее из опор и пролетных строений, перекры-
вающих пространство между опорами. Мост пропускает дорогу над
препятствием (водным), тогда как тоннель — под препятствием или
сквозь него.
Труба (рис. 3) — сооружение для пропуска малых расходов
воды (до 100 м3/с), находящееся в теле насыпи.
Фильтрующие насыпи делают для пропуска воды
сквозь тело насыпи (каменную наброску), если водоток небольшой
и не содержит наносов, засоряющих пустоты в кладке.
Дюкеры служат для пропуска воды (оросительных каналов)
с одной стороны выемки на другую под полотном дороги. Лотки —
небольшие сооружения для пропуска воды между шпалами (обычно
на станциях при малом расходе воды).
При пересечении дорогой глубоких оврагов (ущелий) строят виа-
дуки (рис. 4) вместо насыпи, если она оказывается дороже.
Классификация мостов. По характеру преодолеваемого препят-
ствия различают мост (через водоток), виадук (через долину, ущелье),
путепровод (через дорогу, рис. 5), эстакаду (через городскую или за-
водскую территорию, рис. 6).
По назначению мосты бывают железнодорожные, автодорожные,
городские, пешеходные, под совмещенную езду (железную и автомо-
бильную дороги в одном или разных уровнях), акведуки (для водо-
снабжения городов), мосты-каналы (для пропуска водных путей) и др.
По материалу мосты подразделяют на деревянные, каменные, бе-
тонные, железобетонные и металлические. Обычно название моста
относится к материалу пролетных строений: так, мост со стальными бал-
ками на бетонных опорах называют обычно стальным.
Деревянные мосты прйменяют только на временных дорогах:
каменные широко применялись в средние века, а теперь, вследствие
своей неиндустриальности, строятся редко. В современных условиях
6
Рис. 3. Металлическая гофрированная водопропускная труба
Рис. 4. Виадук
Рис. 5 Путепровод
Рис. 6. Эстакада
Л
Рис. 7 Статические схемы мостов
а — балочный, б — арочный, в — рамный, г — комбинированной системы, д — висячий, е —
вантовый
применяются и новые материалы — алюминиевые сплавы, стали повы-
шенной и высокой прочности, древеснослоистые пластики и др.
По статической схеме мосты подразделяют на балочные, арочные,
рамные, висячие (вантовые) и комбинированные.
Основными несущими нагрузку частями пролетных строений ба-
лочных мостов (рис. 7, а) являются балки или балочные фермы, ра-
ботающие преимущественно на изгиб. В отличие от сплошных балок
балочные фермы имеют решетчатую конструкцию, состоящую из сое-
диненных между собой стержней. Давление от балок и балочных ферм
на опоры при вертикальной нагрузке направлено вертикально. Опор-
ные реакции V направлены вертикально вверх.
В арочных мостах (рис. 7, б) основными несущими нагрузку частя-
ми пролетных строений являются арки, своды или арочные фермы.
Аркой называют криволинейный брус плавного очертания, работаю-
щий преимущественно на сжатие и на изгиб.
Теми же статическими свойствами, что и арки, обладают своды,
отличающиеся от арок лишь развитием в ширину, достаточным для
обеспечения самостоятельной поперечной устойчивости. Арочные фер-
9
мы имеют решетчатую конструкцию. Под нагрузкой они также рабо-
тают на сжатие и на изгиб.
В опорах арок и арочных ферм от вертикальной нагрузки может
возникать не только вертикальная V, но и горизонтальная Н реакция
(распор), а также опорный изгибающий момент М. Исключение состав-
ляют арки и арочные фермы с затяжками, воспринимающими распор.
Вследствие этого опорные реакции оказываются вертикальными, так
же как и в балочных мойтах.
В рамных мостах (рис. 7, в), обычно устраиваемых из железобетона
или стали, опоры в виде колонн или стоек составляют одно целое с бал-
ками (ригелями), перекрывающими пролеты.
В мостах комбинированных систем одновременно используются
характерные основные части нескольких рассмотренных выше систем
во взаимной связи, например: балки, усиленные арками (рис. 7, г),
гибкие арки с балками жесткости и т. д.
Висячие мосты (рис. 7, д) состоят из гибких элементов — цепей или
кабелей, представляющих собой основную несущую часть конструк-
ции моста, к которой подвешивается проезжая часть; предназначенная
для пропуска нагрузки. Для того чтобы висячий мост меньше проги-
бался под нагрузкой, устраивают специальную ферму или бадку жест-
кости. С точки зрения статических свойств такая система является
комбинированной. Она применяется для автодорожных и городских
мостов.
В месте закрепления кабеля висячих мостов, так же как и в опорах
арочных мостов, от вертикальной нагрузки возникают не только вер-
тикальные, но и горизонтальные опорные реакции (распор), направ-
ленные наружу пролета, а не внутрь, как в арочных мостах. Другое
различие заключается в том, что арка работает преимущественно на
сжатие, а цепь (кабель) висячего моста — только на растяжение.
К висячим мостам близки по свойствам вантовые мосты
(рис. 7, с), составленные также из гибких частей (стальных канатов),
образующих вантовые фермы, к которым подвешивается проезжая
часть. Наличие балки жесткости в вантовых мостах не обязательно.
Необходимо отметить некоторые особые виды мостов: наплавные
(рис. 8) (понтонные или плашкоутные), разводные (рис. 9) и сборцо-
разборные, приспособленные для быстрой сборки и разборки.
По расположению езды мосты могут быть: с ездой поверху, если
уровень езды располагается выше несущей части конструкции (ферм,
балок, арок, см. рис. 4 — 6 и 7, а, б, в); если же проезд находится меж-
ду фермами или арками и расположен в нижней части пролетного строе-
ния, то это будут мосты с ездой понизу (см. рис. 7, г, б, е); в мостах
со смешанным расположением езды (рис. 10) на части длины пролет-
ного строения езда осуществляется поверху, на остальном протяже-
нии—понизу. Такие мосты часто условно называют мостами с ездой
посередине.
В состав одного и того же моста могут входить различные системы.
Так, например, одна часть пролетных строений может быть с ездой
поверху, другая — с ездой понизу, часть — металлическими, часть —
железобетонными; один из пролетов может быть разводным и т. д.
10
Рис. 10 Арочный мост с ездой посередине
§ 2. Краткий исторический очерк развития мостостроения
Основные направления развития строительства мостов были связаны
с уровнем развития производительных сил в различные' исторические
периоды, с характером производственных отношений, свойственным
различным социально-экономическим формациям.
По мере развития производительных сил, возникновения товарного
1 обмена постройка дорог становится жизненной необходимостью.
Дороги прокладывают и через реки, перекрывая их мостами. В древне-
восточных и античных рабовладельческих государствах сначала стро-
или деревянные морты, но особенное распространение в эту эпоху
получили каменные мосты. Возможность использовать труд большого
количества рабов обусловила, несмотря на низкий уровень техники,
осуществление грандиозных сооружений из камня — храмов, пирамид
и т. д. Каменные мосты этого периода были массивными, тяжелыми.
Толщина опор равнялась обычно половине пролета.
В пришедшую на смену рабовладельческим обществам эпоху фео:.
дализма продолжали строить массивные каменные мосты небольших
пролетов и частично деревянные на сваях. Лишь в середине XIV в.
в Италии, на юге Франции и в других южных областях Европы появ-
ляются единичные, выдающиеся по своим размерам и смелости замысла
каменные мосты. В нашей стране каменные мосты строили с древней-
ших времен на территории Грузии, Аджарии, Абхазии, Армении.
Многие из них отличаются смелостью решений и целесообразностью
форм.
‘ В древней Руси, богатой лесами, до конца XV столетия строили
исключительно деревянные мосты. Первыми каменными мостами, по-
строенными в России, были, по-видимому, мосты в Москве; старейшим
из них является Троицкий каменный мост у Троицких ворот Кремля,
построенный около 1500 г., а наиболее крупным — первый постоянный
мост через р.* Москву, получивший название Большого каменного мо-
ста. Этот мост, построенный в 1682 — 1689 гг., имел 7 пролетов, об-
щую длину 149 и ширину 23,4 м. В 1859 г. мост был заменен новым —
с металлическими арками. В 1938 г. на том же месте построен мост со
стальными арками, перекрывающими р. Москву одним пролетом.
^Однако за мостом до сих пор сохранилось его историческое название
«Большой каменный мост».
До XVIII столетия размеры элементов моста назначали без расче-
та, по образцу ранее построенных мостов. Талантливый русский ме-
ханик И. П. Кулибин был одним из первых зачинателей эксперимен-
тального метода в мостостроении, получившего в дальнейшем большое
развитие. Он предложил в 1796 г. проект арочного деревянного моста
через р. Неву с решетчатыми фермами пролетом около 300 м и произвел
испытание под нагрузкой модели моста в натуральной величины.
Испытание показало большую прочность новой конструкции. Мост,
однако, не был построен.
С конца XVIII в. и в особенности с начала XIX в. начинается ин-
тенсивное развитие мостостроения, сопровождающееся появлением
новых систем мостов, новых материалов, новых способов постройки
12
и методов проектирования, увеличением пролетов, ширины мостов и
нагрузок на мосты. Это движение вперед в области строительства
мостов было непосредственно связано с ускорением развития про-
изводительных сил и новыми капиталистическими производственными
отношениями.
В России начало XIX столетия характеризуется сильным ростом
путей сообщения, а следовательно, и ускоренным развитием мосто-
строения. Плодотворное влияние на мостостроение оказало также соз-
дание способов расчета мостовых конструкций, чему способствовало
общее развитие науки, особенно во второй половине XIX в.
Большое влияние на успехи строительства путей сообщения и мо-
стов в России оказало учреждение в 1809 г. Корпуса инженеров путей
сообщения и открытие в 1810 г. при нем Института инженеров путей
сообщения (ныне Ленинградский институт инженеров железнодорож-
ного транспорта).
Отличительной особенностью мостостроения в, XIX в. является
широкое применение в мостах металла. Мысли о возможности приме-
нения чугуна для сооружения мостов высказывались еще в середине
XVIII в. Первым осуществленным мостом с чугунными арками был
мост через р. Северн в Колбрукделе (Англия), построенный в 1776 —
1779 гг.
В 1799 г. И. П. Кулибин выдвинул предложение о постройке же-
лезных мостов с решетчатыми арками. В 1818 г. им же был разработан
проект моста через р. Неву длиной 139 саженей (277 м) с тремя проле-
тами, перекрытыми железными арками. Эта конструкция была зна?
чительно более совершенной, чем примененная в Англии (Колбрук-
дель).
В течение первой половины XIX в. арочные чугунные мосты стро-
ят как под гужевые, так и под железные дороги. Выдающимся является
мост через р. Неву (ныне мост лейтенанта Шмидта), построенный из?
вестным русским инженером С. В. Кербедзом в 1842 — 1850 гг. Мост
состоял из семи пролетов по 45 — 57 м, перекрытых чугунными ар-
ками, и разводного пролета поворотной системы. В 1938 г. этот мост
реконструирован по проекту акад. Г. П. Передерия. На нем были
установлены новые цельносварные пролетные строения. Опоры моста
продолжают служить и в настоящее время.
В начале XIX в. стали.быстра распространяться висячие мосты,
допускавшие легкую и скорую сборку и позволяющие устраивать
переходы через широкие реки без сооружения промежуточных опор
в глубокой воде. Пролеты их постепенно увеличивались и к середине
XIX в. достигли 265 м.
К крупным висячим мостам, построенным в XIX в. в России, от-
носятся многопролетный городской цепной мост через р. Днепр в Кие-
ве общей длиной 710 м с пролетами по 134,1 м (1847 — 1853 гг.) и шос-
сейные мосты через р. Великую в г* Острове с пролетами по 100 м
(1851 — 1853 гг.).
Однако висячие мосты первой половины XIX в., вследствие недо?
статочного понимания инженерами того времени роли и значеция
отдельных элементов сооружения, не обладали необходимой ’жест?
13
костью ни в вертикальном, ни в горизонтальном направлении, что
явилось одной из главных причин нескольких катастроф, происшед-
ших в ряде стран с висячими мостами. После этих катастроф строитель-
ство висячих мостов надолго задержалось. На железных дорогах ста-
ли строить балочные мосты.
Одним из первых больших балочных металлических мостов являет-
ся мост «Британия», построенный в 1846 —1850 гг. под железную до-
рогу через Менейский залив в Англии по проекту Р. Стефенсона. Мост
состоит из двухпролетных неразрезных балок пролетами по 140 и
70 м (всего четыре пролета). В поперечном сечении пролетное строение
моста представляет собой замкнутую прямоугольную трубу.
Особо важное значение для развития мостостроения имели работы
русского инженера путей сообщения Д. И. Журавского (1821—1891 гг.),
окончившего Петербургский институт в 1842 г.
Д. И. Журавский, которому было поручено проектирование мо-
стов для железной дороги Петербург — Москва, создал теорию расчета
раскосных ферм. Эту теорию он применил также для расчета крестовых
ферм Гау (в Америке фермы Гау строили без расчета). Конструкция
ферм Гау была существенно изменена Журавским. Им применены не-
разрезные фермы, усиленные у опор подбалками и подкосами; вместо
простой крестовой решетки применена сложная решетка с несколькими
пересечениями раскосов в каждой панели. Это было новым и рацио-
нальным решением для ферм больших пролетов.
По проектам Журавского были построены на линии Петербург —
Москва (ныне Октябрьской железной дороги) мосты с неразрезными
деревянными фермами по 5 — 9 больших пролетов от 55 до 61,2 м (мост
через р. Мету).
Кроме приоритета разработки метода расчета раскосных ферм,
Журавскому принадлежит еще один крупный вклад в теорию соору-
жений: он впервые дал теорию определения величины касательных
напряжений в изгибаемых балках, а также впервые установил наличие
в стенке балки косых усилий (главных напряжений) и определил, что
наивыгоднейший способ укрепления стенки металлической балки за-
ключается в постановке уголков под углом 45° к ее оси.
Д. И. Журавского, широко применявшего экспериментальный ме-
тод в мостостроении и впервые внесшего в мостостроение научный метод,
основанный на сочетании теории и практики, с полным основанием
можно считать основоположником новой школы мостостроения.
К представителям этой школы относится также русский инженер
С. В. Кербедз, составивший проект моста с чугунными арками через
р. Неву и оригинальный проект висячего моста. Кербедзу принадлежит,
кроме того, видная роль в развитии конструктивной формы металли-
ческих решетчатых ферм. В мостах, осуществленных в зарубежных
странах после Ц50 г., фермы имели раскосы плоского сечения, не при-
способленные для восприятия сжимающих усилий.
С. В. Кербедз, проектируя железнодорожный мост через р. Лу-
гу, дал новый конструктивный тип многорешетчатых неразрезных
ферм пролетами по 55,3 м; часть раскосов была сделана с поперечным
сечением, составленным из уголков и листов, а элементы поясов имели
U
коробчатое сечение. Для городского моста через р. Вислу в Варшаве
(1858 — 1866 гг ) С В Кербедз применил шесть пролетов по 74,68 м,
перекрытых двухпролетными неразрезными фермами. Дальнейшее
совершенствование конструкции металлических ферм как у нас, так
и за границей пошло по пути, намеченному Кербедзом при сооружении
мостов через реки Лугу и Вислу.
Сочетание теории и практики стало характерной особенностью рус-
ской школы мостостроения с 50-х годов XIX в. Иначе происходило раз-
витие мостостроения в зарубежных странах: в Англии и в США на-
блюдался эмпирический подход к проектированию мостов, вследствие
чего нередко происходили обрушения мостов, в том числе и во второй
половине XIX в., а в Германии — в конце XIX в.
Русская школа мостостроения с самых первых шагов стремилась
к обеспечению безопасной эксплуатации моста, развивая для этого
экспериментально-теоретический метод, заложенный Журавским, и со-
четая его с изучением эксплуатируемых мостов Именно поэтому ко-
личество аварий мостов вследствие недостаточной их прочности у нас
за всю историю мостостроения ничтожно мало.
Развитие строительства железных дорог в России в 70-х годах
XIX в. поставило новые задачи перед русскими мостовиками и, в ча-
стности, вызвало усиленное применение металлических пролетных
строений. В области разработки их конструкций, способов изготов-
ления и сборки, а также и в других областях мостостроения в России
во второй половине XIX столетия были проведены большие практиче-
ские и теоретические работы. В этой связи необходимо отметить деятель-
ность известного русского мостовика и ученого проф. Н. А. Белелюб-
ского (1845 — 1922 гг.). Он предложил новые типы многорешетчатых
и многораскосных ферм и новую конструкцию проезжей части со сво-
бодным опиранием поперечных балок—прогрессивные для того вре-
мени решения.
Большой заслугой Н. А. Белелюбского является применение
В 1883—1887 гг. для железнодорожных мостов литого железа, выплав-
лявшегося в конверторах, взамен так называемого сварочного железа,
выплавлявшегося в пудлинговых печах. В дальнейшем литое железо
полностью вытесняет сварочное, которое с 90-х годов прошлого сто-
летия в мостах уже не применяется.
К новым конструктивным формам металлических мостов, появив-
шимся во второй половине XIX в., относятся также консольные мосты.
В 1890 г. была закончена постройка консольного моста с исключи-
тельно большими пролетами через Фортский залив в Шотландии. Наи-
большее расстояние между соседними опорами этого моста равно
621 м.
К концу XIX в. намечается переход от многорешетчатых и двух-
решетчатых ферм к фермам с простой треугольной решеткой, предло-
женной в Италии в XVI в. для деревянных стропильных ферм.
Инициатива применения треугольной решетки в клепаных фермах
Железнодорожных мостов достаточно больших пролетов принадлежит
Проф. Л. Д. Проскурякову. Одним из первых таких мостов был желез-
нодорожный мост через р. Сулу (1887 г.). Проект моста через р. Ени-
15
сей с такой решеткой ферм (автор Л. Д. Проскуряков) получил высшую
премию (Гран При) на международной выставке 1896 г. в Париже. >
Л. Д. Проскурякову принадлежит ряд работ в области совершен-
ствования расчетов мостовых конструкций: развитие графо-анали-
тических методов расчета, введение метода расчета по линиям влияния,
разработка таблиц моментов расчетной нагрузки от подвижного со-
става и т. п.
В 1896 г. было открыто второе высшее учебное заведение по под-
готовке инженеров путей сообщения — Московское инженерное учи-
лище (в настоящее время—Московский институт инженеров железно-
дорожного транспорта)^ Л. Д. Проскуряков был первым профессором
на кафедре мостов и строительной механики в этом институте.
' В области устройства оснований мостовых опор особенно большое
значение имело применение сжатого воздуха для прохождения водо-
носных слоев, завершившееся в 60-х годах XIX в. предложением кес-
сонного способа заложения фундаментов.
Развитие промышленности и строительного дела в XX в. обесцени-
вает новые успехи в области мостостроения. Пролеты мостов и их длина
достигают весьма больших величин. В 1917 г. заканчивается (после двух
неудачных попыток) постройка консольного Квебекского моста (Ка-
нада), наибольшего в мире по величине пролета (549 м) средй балочных
мостов. Осуществляются большие арочные мосты в Сиднее (пролет
503 м) и через залив Килл-ван-Кулл в'Нью-Йорке с пролетом 503,5 м
(см. рис. 10). Строятся висячие мосты больших пролетов, среди них
мост через р. Гудзон в Нью-Йорке со свободным продетом 1068 к,
мост через Золотые Ворота в Сан-Франциско пролетом 1280 м, мост на
входе в Нью-Йорскую гавань пролетом 1298 м.
В настоящее время начато строительство висячего моста через
Мессинский пролив со средним пролетом 1524 м, а в 1973 г. построен
мост через Босфор со средним пролетом 1067 м
В XX в. в мостостроении началось широкое применение нового ма-
териала — железобетона Одновременно с появлением в Европе в кон-
це XIX в. первых железобетонных сооружений проф. Н. А. Белелюб-
ский в 1891 г. провел в Петербурге ряд опытов над железобетонными
конструкциями, среди которых был мост пролетом 17 м.
Первыми железобетонными сооружениями на железных .дорогах
были трубы под насыпями, осуществленные по инициативе Г. П. Пе-
редерия на железной дороге Москва — Казань В начале XX в. железо-
бетонные мосты небольших пролетов и трубы применяют у нас доволь-
но часто.
За последние 40 — 50 лет строительство железобетонных мостов
достигло больших успехов До 20-х годов XX в наибольший пролет
железобетонного моста был'равен 100 м (городской мост через р. Тибр
в Риме).' Из железобетонных мостов больших пролетов, построенных
после 1933 г , можно назвать железнодорожный мост через р. Эсла
в Испании пролетом в свету 197 м, мост через р. Антаз в Бразилии
(пролет 186 м), мост через пролив Ангерман в Швеции (пролет 264 м),
мост через р. Парана на дороге между Бразилией и Парагваем (пролет
290 м).
16
Среди железобетонных арочных мостов наибольший пролет (305 м)
имеет в настоящее время мост через р. Параматта в Сиднейской гавани
(Австралия).
Коренные изменения в мостостроении в нашей стране произошли
после Великой Октябрьской социалистической революции. В част-
ности, большие успехи были достигнуты в строительстве железобетон-
ных мостов. Первым построенным в СССР большим железнодорожным
мостом, в котором железобетон нашел широкое применение, был мост
через р. Днепр у Днепропетровска (1932 г.). Пролеты железобетонных
арок этого моста не превышали 55 м. Пролеты автодорожных и город-
ских железобетонных мостов достигали в этот период 70 м (например,
мост через Ангару в Иркутске).
Усовершенствованная за 8 — 10 лет технология железобетонных
работ позволила строить железобетонные мосты больших пролетов:
с 1938 по 1941 г. в СССР был построен ряд железнодорожных, авто-
дорожных и городских арочных железобетонных мостов пролетами
100 — 126 м с применением монолитного бетона.
После Великой Отечественной войны ведущим направлением стро-
ительства становится индустриализация и комплексная механизация
всех работ, как непременное условие повышения производительности
труда, сокращения сроков и стоимости строительства. В соответствии
с этим широкое распространение получают сборные железобетонные
конструкции из элементов, изготовляемых на специальных заводах
или полигонах. В эти годы (1952 г.) построен крупнейший для того
времени двухъярусный арочный мост пролетом 228 м через р. Днепр
под два железнодорожных пути и автомобильную дорогу.
Во второй половине XX в. в области строительства железобетонных
мостов начался решительный переход на предварительно напряженные
конструкции, что позволило перекрывать балочными пролетными стро-
ениями под автомобильную дорогу большие пролеты.
Предварительно напряженный железобетон нашел широкое приме-
нение в СССР с 1948 г. сначала в балочных пролетных строениях не-
больших пролетов (до 33 м), а затем и при сооружении больших мостов:
мосты в Москве со средним пролетом—Автозаводский—148 м, Красно-
пресненский —128 м; Нагатинский—114 м; мост через Каму в Перми
с,пролетами 127 м; мост через Волгу у Саратова с пролетами по 166 м.
Этот мост является в настоящее время самым большим железобетонным
мостом в нашей стране, а в период его постройки был самым крупным
мостом в Европе (1963 — 1964 гг.).
Характерная особенность предварительно напряженных железо-
бетонных мостов, построенных в СССР, заключается в применении сбор-
ных конструкций из готовых элементов в отличие от мостов, построен-
ных за рубежом, для осуществления которых использовали преиму-
щественно бетонирование на месте, хотя и без подмостей (так называе-
мое навесное бетонирование). Из сборных конструкций в СССР соору-
жают не только балочные, но,и арочные мосты, например законченный
в 1961 г. большой железнодорожный и в 1965 г. автодорожный мосты
с главными пролетами по 150 м, крупные железобетонные мост ь! не-
разрезной, рамно-консольной й рамно-подвесной систем пролетами
17.
88 — 127 м через реки Иртыш, Оку, Вятку, Каму, Томь и др. Из сбор-
ного предварительно напряженного железобетона построен и мост метро
в Лужниках (Москва), на котором разместилась впервые в мировой
практике и станция метрополитена.
Большое развитие в последние годы получило строительство круп-
ных стальных железнодорожных мостов сначала клепаных, а затем
болто-сварной конструкции из стали повышенной прочности. Эти мо-
сты, построенные в северо-восточных районах нашей страны в суровых
климатических условиях через крупные сибирские реки (Иртыш в
1970 г., Обь в 1974 г., Амур и Лену в 1975 г.), отличаются малым рас-
ходом металла, низкой стоимостью и высокими эксплуатационными
качествами благодаря применению неразрезной системы, болто-свар-
ной конструкции, низколегированной стали, навесного монтажа и
других прогрессивных решений.
Два моста построены на БАМе, на ее восточном и западном участках
(через Амур и Лену). А всего на БАМе должно быть построено около
3 тысяч искусственных сооружений, в том числе около 150 больших мо-
стов и 5 больших тоннелей. На строительстве многих больших мостов
будут использованы технические решения, примененные на мостах
через Амур и Лену.
§ 3. Общие положения проектирования мостов
Исходные данные. Места расположения мостов, труб, путепроводов
и виадуков выбирают одновременно с проектированием профиля трас-
сы железнодорожной линии.
Исходной величиной, определяющей длину водопропускного со-
оружения, является его отверстие, найденное из условия пропуска
расчетного расхода воды. Отверстием моста называется сумма расстоя-
ний между опорами в свету, измеренных по расчетному горизонту воды
(на рис. 11 — /i + /2 + /Д
Если рабочая площадь водотока под мостом ограничена не гранями
устоев, а конусами насыпи (рис. 11, б), то отверстие моста считают
обычно по средней линии между расчетным высоким и меженным
горизонтами с тем, чтобы получить примерно ту же рабочую площадь,
что и при устоях, изображенных на рис. 11, а. Конусы и отцосы насы-
пи на протяжении затопляемой территории укрепляют во избежание
их размыва.
Стадии проектирования включают технико-экономическое обосно-
вание (ТЭО), технический проект и рабочие чертежи сооружения.
Первой задачей проектирования является разбивка отверстия на про-
леты, причем на судоходных и сплавных реках должны быть соблю-
дены установленные для них величины пролетов и подмостовые габа-
риты. Далее следует выбрать систему моста, материал пролетных строе-
ний и опор, разместить основные части сооружения и назначить их
размеры. Все эти вопросы решаются в их взаимной связи, с максималь-
ным использованием типовых проектов и учетом способов производства
работ по постройке моста.
18
Рис 11 Схема трехпролетного моста
Обычно в каждом отдельном случае составляют и сравнивают не-
сколько наиболее целесообразных по общим соображениям вариантов
проектируемого сооружения, выявляют их достоинства и недостатки и
затем на основе этого анализа производят выбор наилучшего решения.
Варианты мостового перехода сравнивают на основе эскизных
проектов. Эскизные проекты моста в различных вариантах как обосно-
вание ^выдвигаемого решения составляют часть так называемого техни-
ко-экономического обоснования, в котором устанавливаются исходные
данные для дальнейшего проектирования: расчетная нагрузка, *число
путей или полос движения на мосту, условия обеспечения судоходства
и т. п. Составление эскизных проектов и сравнение вариантов являются
первой стадией проектирования и обязательным при проектировании
средних и больших мостов.
Второй стадией проектирования является составление технического
проекта, глубина разработки которого должна обеспечивать возмож-
ность составления сметы на постройку моста и установления количества
потребнътх материалов. Технический проект моста включает в себя так-
же и проект организации работ по постройке моста.
После утверждения технического проекта разрабатывают рабочие
чертежи с уточнениями, при необходимости, произведенных в тех-
ническом проекте расчетов прочности и устойчивости частей соору-
жения,
В настоящее время часто применяется двухстадийное проектиро-
вание, при котором после утверждения технико-экономического обо-
снования разрабатывается проект в таком объеме, чтобы составленные
чертежи можно было выдать производственной организации. Для малых
мостов и труб вместо составления технического проекта и рабочих чер-
тежей обычно используются типовые проекты с привязкой их к мест-
ности.
19
Габариты. При проектировании железнодорожных мостов с ездой
понизу внутреннее свободное от каких-либо частей пространство долж-
но соответствовать габариту приближения строений, имеющему шири-
ну 4,9 м (для одного пути) и 9,0 м (для двух путей). То же минимальное
очертание свободного пространства надо выдерживать под путепрово-
дами над железной дорогой, а также между перилами мостов с ездой
поверху.
Высота габарита приближения строений назначается равной
6,5 м с учетом электрификации железнодорожной линии на переменном
и 6,3 м — на' постоянном токе. Уменьшение высоты до 5,5 м допу-
скается только для пешеходных путепроводов и на линиях, перевод
которых на электрическую тягу в ближайшие 10 — 15 лет не предви-
дится .
Габариты приближения конструкций автодорожных и городских
мостов принимаются для двух типов дорог —с разделительной полосой
шириной С = 1,2 —2 м и без нее. Расстояния в свету между бордю-
рами обозначают размером Г с цифрой (в метрах) и принимают: для де-
ревянных мостов—6 м, для капитальных мостов—7; 8; 9; 10,5; 14 и 21 м;
при наличии разделительной полосы —2 X 8м + С и 2 X 9м + С.
Высоту габарита принимают равной 5 м. При значительной интенсив-
ности движения для городских мостов допускается принимать уве-
личенные габариты.
В случае двух трамвайных путей необходимо иметь полосу шири-
ной 6 м, а в больших городах (например, в Москве) при обособлен-
ном трамвайном полотне — 8470 мм, минимальный габарит при
этом Г-14.
Ширина тротуаров назначается кратной 75 см, а при примыкании
к проезду — не менее 1 м.
Наименьшая ширина разделительной полосы С = 1,2 м. Ширина
габарита больше размера Г на 50 см; высота тротуарного бордюра для
всех габаритов должна быть не менее 50 см.
Чертежи и размеры габаритов даны в нормах проектирования мо-
стов.
Методы расчета. Расчет мостовых конструкций состоит в опреде-
лении внутренних силовых факторов (осевых усилий, изгибающих мо-
ментов, поперечных сил и т. п.), вызываемых постоянными и времен-
ными нагрузками и дополнительными воздействиями; в проверке не-
сущей способности конструкции, обеспечивающей надежность нор-
мальной эксплуатации без излишних запасов в течение достаточно
длительного времени; в проверке деформативности конструкции, а
также в определении устойчивости положения конструкций (против
опрокидывания и сдвига).
Первая задача решается выбором такой расчетной схемы конструк-
ции, которая позволила бы применить к ней методы строительной ме-
ханики с использованием ЭВМ, что открывает широкие возможности
для выбора расчетных схем, наиболее близких к реальным конструк-
циям. В некоторых случаях приходится принимать условные расчет-
ные схемы, в том числе разные схемы для одной, и той же конструкции
с тем, чтобы условность схемы обеспечивала расчет в запас прочности.
20
При расчете по прежнему методу допускаемых напряжений при
установлении их величин вводили коэффициенты запаса по отношению
к предельным напряжениям, в качестве которых принимали или напря-
жения, соответствующие разрушению материала (пределы прочности),
или напряжения, вызывающие недопустимо большие деформации ча-
стей конструкции, например, предел текучести для стали.
Теперь введением коэффициентов перегрузки (изменчивости на-
грузки) метод расчета по предельным состояниям предусматривает
учет возможного изменения по отношению к нормативным значе-
ниям действующих на сооружение нагрузок вследствие случайных
причин.
Возможные отклонения характеристик прочности материалов учи-
тывают введением коэффициентов однородности. Кроме того, в необ-
ходимых случаях вводят коэффициент условий работы, учитывающий
особенности работы элементов конструкции под нагрузкой, а также
коэффициент надежности кн.
Проверку несущей способности конструкций в настоящее время
ведут по методу предельных состояний. В соответствии с современными
нормами проектирования мостов различают две группы предельных
состояний.
Предельным состоянием первой группы — по не-
пригодности к эксплуатации — называется такое принимаемое в рас-
чете состояние, При котором конструкция или основание перестает
под влиянием силовых воздействий удовлетворять эксплуатационным
требованиям. Второе предельное состояние определяет условия, га-
рантирующие от затруднений в нормальной эксплуатации.
I группа предельных состояний разделяется на две подгруппы:
IA — по непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей
способности; здесь выполняются проверки прочности, общей устой-
чивости формы, местной устойчивости формы, устойчивости против
опрокидывания, проверки на сдвиг или выпор грунта в основании; при
этом под устойчивостью формы понимается способность элемента с до-
пустимыми деформациями сохранять прежнюю (до приложения на-
грузки) форму;
1Б — по непригодности к эксплуатации как при сохранении не-
сущей способности, так и при появлении возможности ее исчерпания
вследствие чрезмерных пластических деформаций, чрезмерных сдви-
гов во фрикционных болтовых соединениях или чрезмерных деформа-
ций местной устойчивости, не приводящих к потере несущей способ-
ности.
По II предельному состоянию выполняются проверки прогибов,
осадок опор, смещений верха опор, кренов и углов поворота опор,
колебаний пролетных строений, а также проверка трещиностойкости
бетона.
Для каждого материала установлено свое конкретное условие
предельного состояния (подгруппа IA), характеризуемое нормативным
сопротивлением: для металла—достижение предела текучести; для же-
лезобетона—достижение бетоном предела прочности, а арматурой—
предела текучести; для дерева — достижение предела прочности. Об-
21
щая формула предельного состояния вследствие потери несущей спо-
собности имеет следующий вид:
S ntNt (т, klt Rl, k2, R«... Fo), (1.1)
где пг — коэффициенты изменчивости нагрузки;
Л/г — усилия (или моменты) в элементах конструкции от норма-
тивных нагрузок;
Ф — функция, определяющая предельное состояние конструк-
ции и зависящая от нормативных сопротивлений
7?^, коэффициентов однородности материалов
k2, ..., геометрических характеристик элементов соору-
жения Fo и коэффициентов условий работы т = т-^пц.
Неравенство (I 1) применительно к мостовым конструкциям, вы-
полненным из одного материала, при расчете на временную вертикаль-
ную и постоянную нагрузки будет иметь следующий вид:
"тЛ + пв (1 + р) (т, Л, 7%), (1.2)
где Sk — усилие (момент) от нормативной временной нагрузки;
5Р — усилие (момент) от постоянной нагрузки;
пп, пв — коэффициенты перегрузки (изменчивости нагрузки);
(1 + р) — динамический коэффициент.
Формуле (1.2) можно придать вид, аналогичный тому, который
применялся при расчете по допускаемым напряжениям, а именно:
”nSp + nB(l + |x)Sft mkRK. (j 3)
Л)
Здесь 7?н — нормативное сопротивление материала.
Для расчета мостовых конструкций вводится один общий для всех
случаев коэффициент условий работы тх = 0,9, оценивающий возмож-
ные отклонения действительных размеров и геометрической формы
сооружения от проектных; кроме того, в необходимых случаях учиты-
вают дополнительно коэффициент условий работы т2, характеризую-
щий некоторые неопределенности поведения конструкций под нагруз-
кой или вынужденные неточности расчета. Коэффициент тх включают
в расчетные сопротивления R — m-JzR^.
Величину коэффициента однородности и других коэффициентов
при расчете по предельным состояниям определяют на основе обра-
ботки имеющихся данных методами математической статистики, по
данным испытаний образцов, строя кривую распределения действи-
тельной величины (предела текучести стали).
При расчетах пользуются расчетными сопротивлениями, равными
нормативным, умноженным на коэффициент однородности и коэффи-
циент условий работы тх.
Достоинствами метода предельных состояний являются возмож-
ность экономии материала за счет расчленения общего, единого коэф-
фициента запаса на составные его части в виде разных коэффициентов
изменчивости нагрузки (что позволяет изучать каждый из компонентов
22
общего коэффициента запаса в отдельности и назначать их более обо-
снованно), а также более точное определение несущей способности с
учетом пластических деформаций, работы конструкций в упруго-
пластической стадии. Это нашло отражение преимущественно в рас-
четах железобетонных конструкций, причем для них определение «си-
ловых факторов» от внешней нагрузки производится пока в упругой
стадии.
Нагрузки при расчете мостов учитываются в основных, дополни-
тельных и особых сочетаниях.
В. основные сочетания включаются одна или несколько из следую-
щих нагрузок: постоянные нагрузки, в том числе от предварительного
напряжения и от веса грунта; временная вертикальная нагрузка от
подвижного состава; давление грунта от временной вертикальной на-
грузки; временная горизонтальная поперечная нагрузка от центро-
бежной силы.
В дополнительные сочетания, кроме основных, перечисленных выше
категорий нагрузок, включаются еще и горизонтальные: продольная
нагрузка от торможения, поперечная нагрузка от ударного действия
подвижного состава, ветровая нагрузка, давление льда, воздействие
колебаний температуры и некоторые другие нагрузки.
Для связей, воспринимающих давление ветра на мостовые конструк-.
ции, ветровая нагрузка входит в основное сочетание; для тормозных
связей к основному сочетанию относится нагрузка от торможения.
В особые сочетания добавляются еще временная сейсмическая на-
грузка, а также строительные нагрузки, т. е. такие, которые могут
действовать только в процессе возведения конструкций.
Из различных сочетаний нагрузок для того или иного расчета вы-
бирают наиболее невыгодный случай. При расчете на основные, до-
полнительные или особые сочетания нагрузок вследствие малой ве-
роятности совпадения нормативных значений нагрузок, входящих
в указанные сочетания, коэффициенты перегрузки уменьшаются умно-
жением на 0,8 при дополнительных и на 0,7 при особых сочетаниях.
Для мостов, строящихся на железных дорогах СССР нормальной
колеи (1520 мм), в 1962 г. установлена новая нормативная нагрузка от
подвижного состава (вертикальная подвижная) по условной расчетной
схеме, учтенной в таблицах эквивалентных нагрузок.
В этих таблицах помещены объемлющие значения эквивалент-
ных нагрузок, учитывающие и те локомотивы, которые могут быть
введены в будущем, и другие виды нагрузок, имеющие обращение на
железных дорогах (различные типы вагонов, транспортеры, краны
и т. д.). Для железнодорожных мостов введены два класса вертикаль-
ных подвижных нагрузок: С14 — для капитальных мостов и СЮ —
для временных мостов. В основу нормативной нагрузки С14 при-
няты 8-осный электровоз с давлением на ось 33 тс, 16-осный транспор-
тер с таким же давлением на ось и нагрузка от вагонов — равномерно
распределенная интенсивностью 14тс/м. Для малых длин загружения
линий влияния при определении нормативных эквивалентных на-
грузок учтено, кроме того, влияние давлений двух отдельных осей
в 35 тс каждое с расстоянием между ними 1,5 м для локомотивов и
4 23
1,2 м для транспортеров. Нагрузка СЮ получена’уменьшением эквийа-
лентных нагрузок для С14 в 1,4 раза
Кроме расчетов на прочность (по наибольшей возможной несущей
способности элементов моста при однократном загружении), в неко-
торых случаях мосты следует рассчитывать на выносливость (много-
кратно повторное воздействие временной подвижной нагрузки). При
расчетах на выносливость вводится понижающий коэффициент е,
исключающий влияние транспортеров как редко обращающихся на-
грузок. Значения 8 приняты равными: для длин загружейия 5 м
8 = 1,0, для 10 X 25 м 8 = 0,85 и для К > 50 м 8 = 1,0. Для про-
межуточных значений % коэффициент 8 принимается по интерпо-
ляции.
В расчетах на прочность, устойчивость формы и устойчивость по-
ложения временная вертикальная нагрузка вводится в расчет с коэф-
фициентом перегрузки, отражающим возможные случайные откло-
нения фактической нагрузки от нормативной.
Влияние перегрузки вагонов уменьшается с увеличением длины
загружения, поэтому коэффициенты перегрузки ftB для временной
вертикальной нагрузки железнодорожных мостов приняты равными:
при К = 0 пв = 1,30, при % =50 м пв =1,15 и при X = 150 м пв=
= 1,10; для промежуточных значений ^пв принимается по интерпо-
ляции.
В расчетах на выносливость нерегулярные воздействия учитывать
не следует. Поэтому в эти расчеты коэффициент перегрузки не вводят.
Подвижной состав при движении по мосту оказывает на него дина-
мическое воздействие, что учитывается динамическим коэффициентом
1 + Ц, величина которого установлена в нормах по эмпирической
формуле на основе экспериментов'ЦНИИСа и НИИ мостов ЛРЩЖТа
для основных элементов несущих конструкций (балок, ферм, арок)
в зависимости от величины пролета; учет длины загружения линии
влияния производится лишь в том случае, если эта длина больше про-
лета. Для элементов, работающих только на местную нагрузку, пре-
обладающее значение имеют не колебания всего пролетного строения,
а местные колебания элементов; для них величина динамического коэф-
фициента определяется в зависимости от длины загружения линии
влияния для данного элемента,
В расчетах по второму предельному состоянию, а также в расчетах
на устойчивость против опрокидывания и сдвига разрешается не учи-
тывать динамическое воздействие нагрузки.
Для расчета автодорожных и городских мостов установлены нор-
мативные временные вертикальные* нагрузки от колонн автомобилей
Н-30 и Н-10. Первая составлена из автомобилей массой по 30 т
(рис. 12, а), в состав второй входит один автомобиль массой Юти осталь-
ные по 10 т (рис. 12, б).
Кроме того, расчет производится на колесную нагрузку НК-80
(рис. 12, в, как правило, при нагрузке Н-30) или на гусеничную на-
грузку НГ-60 (рис. 12, г), состоящие каждая из одной машины.
Совместно с нагрузкой от автомобилей учитывается нагрузка на
тротуарах интенсивностью 400 кгс/м2. При расчете на^нагрузки НК-80
24
Рис 12 Нормативная временная вертикальная нагрузка для расчета автодорож-
ных и городских мостов.
а — Н-30, б — Н 10, в — колесная НК 80, г — гусеничная НГ 60
и НГ-60 тротуары загружать временной вертикальной нагрузкой не
нужно. Коэффициент перегрузки для автомобильной нагрузки и на-
грузки, на тротуарах равен 1,4, для колесной и гусеничной — 1,1.
При расчете элементов, воспринимающих нагрузку с нескольких
железнодорожных путей и с нескольких полос движения автомобилей,
в связи с меньшей вероятностью совпадения расчетных значений всех
нагрузок, входящих в сочетания, нормативные нагрузки вводятся с ко-
эффициентами 0,9 и 0,8 соответственно для двух и трех полос или путей
и с коэффициентом 0,7 для четырех и более полос движения автомо-
билей. Более трех железнодорожных путей одновременно не загру-
жается. *
К горизонтальным нагрузкам, учитываемым при расчете мостов,
относится также ветровдя нагрузка. При отсутствии на мосту подвиж-
ной вертикальной нагрузки интенсивность ветровой нагрузки для всех
мостов, кроме деревянных автодорожных и городских, принята равной
180 кгс/м2, для деревянных автодорожных и городских мостов —
80 кгс/м2, что соответствует большей вероятности повторения, чем
редко наблюдаемая интенсивность 180 кгс/м2, и отвечает меньшему
сроку службы деревянных мостов.
При наличии подвижной вертикальной нагрузки на мосту ветровая
нагрузка принята в соответствии с предельной скоростью ветра, при
которой еще возможно движение транспорта. Это составляет 100 кгс/м2
для железнодорожных мостов, 50 кгс/м2 для автодорожных и городских.
Коэффициенты перегрузки для ветровой нагрузки приняты равными:
в основных сочетаниях 1,5, в дополнительных 1,2 и в особых 1,0.
Постоянную нагрузку при расчете мостов вычисляют по объемным
массам материалов с коэффициентами перегрузки, указанными в нор-
мах. Эти коэффициенты учитывают возможные отклонения нагрузки
от ее нормативных значении, которые могут быть как в большую, так
и в меньшукр сторону.
Коэффициент па принимают больше единицы (обычно — 1,1) для
расчетов, в которых учет постоянной нагрузки увеличивает расчетное
суммарное воздействие; коэффициент пп = 0,9 — для расчетов, в ко-
торых постоянная нагрузка уменьшает суммарное воздействие.
25
КОНСТРУКЦИИ ДЕРЕВЯННЫХ мостов
§l 1 . Общие сведения
Дерево — хороший естественный широко распространенный строи-
тельный материал. При сравнительно высоких прочностных харак-
теристиках и небольшой объемной массе оно хорошо поддается обра-
ботке, что позволяет создавать из него различные типы строительных
конструкций. С давних пор используется дерево для сооружения мо-
стов.
Строительство железных дорог, начатое в начале XIX в., потре-
бовало сооружения большого количества мостов, в том числе и через
крупные водные преграды. В связи с этим возникла необходимость
разработать системы деревянных пролетных строений для перекры-
тия больших пролетов. В 1820 г. архитектором Тауном была разрабо-
тана конструкция мнохорешетчатых ферм из досок с соединениями на
деревянных нагелях. Позднее, вначале 40-х годов XIX в., инженером
Гау была предложена система ферм с двухраскосной решеткой, в ко-
торой все элементы, за исключением подвесок, состоят из деревянных
брусьев, а подвески — из стальных тяжей. Выдающийся русский
инженер Д. И. Журавский разработал метод расчета этих ферм, внес
в их конструкцию ряд существенных изменений. Во второй половине
XIX в. в связи с широким внедрением более долговечных металличе-
ских, а в XX в. и железобетонных мостов применение деревянных мо-
стов на железных дорогах резко сократилось.
Дерево как строительный материал обладает рядом существенных
недостатков, к которым прежде всего относятся: низкая долговечность
в связи с возможностью его загнивания, изменение объема в зави-
симости от влажности древесины, что приводит к расстройству соеди-
нений; возгораемость.
В связи с указанными недостатками деревянные мосты, не защи-
щенные от загнивания (древесина не обработана антисептиком), рас-
сматриваются обычно как сооружения временные со сроком службы
около 10 лет.
Срок службы деревянных мостов может быть значительно удлинен
(до 30 — 40 лет) путем повышения качества строительных работ, за-
щиты древесины от гниения и улучшения содержания мостов.
В настоящее время разработаны надежные способы защиты древе-
сины от гниения и возгорания. В результате обработки древесины мо-
гут быть получены новые строительные материалы (например, бакели-
зированная фанера, древесные слоистые пластики)., которые имеют
по сравнению с древесиной более высокие прочностные характеристи-
ки, повышенную долговечность, высокую стойкость против атмосфер-
26
ЙЫХ воздействий. Это открывает широкие возможности использования
дерева для долговременных сооружений, в том числе и мостов. При-
менение атмосферостойких синтетических клеев (например, из фенол-
формальдегидной смолы и специального отвердителя), обеспечиваю-
щих надежное долговечное соединение элементов, дает возможность
создавать простые и надежные мостовые конструкции.
Значительным преимуществом деревянных мостов является воз-
можность их быстрого сооружения из местных материалов. Это преиму-
щество можно эффективно использовать при строительстве новых
железных дорог в отдаленных лесных районах, что позволит значитель-
но снизить строительную стоимость мостов и повысить темпы строи-
тельства.
Временные деревянные мосты широко исйользуются при восстанов-
лении железных дорог, а также на обходах в период строительства или
реконструкции постоянного моста, различных подъездных участках
железных дорог (к промышленным предприятиям, стройкам и т. д ).
На магистральных железных дорогах деревянные мосты не строят.
Деревянные мосты, применяемые в качестве долгосрочных соору-
жений, имеют повышенную прочность (с учетом перспективных на-
грузок). Древесина должна быть защищена от гниения.
Конструкции деревянных мостов должны максимально удовлет-
ворять индустриальным способам их изготовления.
Вопрос о применении деревянных мостов (временных или постоян-
ных) решают на основании тщательного технико-экономического ана-
лиза с учетом конкретных условий сооружения и эксплуатации
моста.
Для деревянных мостов под железную дорогу применяют хвой-
ный и лиственный лес. Наилучшими породами для изготовления ос-
новных элементов являются сосна и лиственница; ель и пихта допу-
скаются в отдельных случаях при соответствующем обосновании. Для
мостов под автомобильную дорогу хвойный лес используется без огра-
ничений. Дуб, ясень, бук и граб используют для ответственных мел-
ких деталей и соединений.
Элементы моста изготовляют как непосредственно из бревен, так
и из пиломатериалов. Бревна при сохранении наиболее прочных и
устойчивых против загнивания наружных слоев древесины — более
долговечны. Однако естественная коничность бревен затрудняет их
применение при индустриальных способах строительства мостов. По-
этому в современных мостах применяют, как правило, пиленый лес,
обеспечивая защиту от гниения антисептиками.
Все лесоматериалы, используемые для мостов, должны удовлет-
ворять требованиям установленных ГОСТ. Влажность древесины к мо-
менту ее использования не должна превышать: для бревен — 25%,
для пиломатериалов — 20%, для деталей соединений—15%; для эле-
ментов, расположенных ниже горизонта меженных вод, и свай влаж-
ность не ограничивается.
Расчетные металлические элементы деревянных мостов выпол-
няются из стали, удовлетворяющей требованиям^ установленным для
подобных элементов стальных и железобетонных мостов.
27
§ 2. Основные системы деревянных мостов
Наиболее широкое применение имеют деревянные мосты балочной
системы.
При пересечении небольших рек, суходолов часто применяются
простые балочные мосты ( рис. 13, а). Пролеты между опорами bwмостах
под железную дорогу величиной 2 — 3 м перекрывают прогонами,
расположенными в один ряд (одноярусными), в два ряда (двухъярус-
ными) или в три ряда (трехъярусными). Для перекрытия пролетов
большей величины (до 12 м) применяют пакетные или клееные пролет-
ные строения. В автодорожных мостах пролетными строениями этого
типа перекрывают пролеты до 16 — 24 м.
Пролеты от 15 до 40 м мостов под железную дорогу, а под автомо-
бильную дорогу до 50 м можно перекрыть деревянными пролетными
строениями с фермами (рис. 13, в).
Для увеличения пролета между опорами, перекрываемого прого-
нами или пакетными пролетными строениями, применяются различные
подкосные системы (рис. 13г б, г, д), широко использовавшиеся в прош-
лом В настоящее время они имеют ограниченное применение.
6)
По ригеЛьно-йОДкосной схемё сооружаются МосТы Только для ав-
томобильных дорог.
Иногда, преимущественно под автомобильную дорогу, применяют
комбинированные арочные й висячие системы.
Опоры мостов, расположенные между основаниями отко,сов кону-
сов, называют промежуточными. Опоры, расположенные в конусах
насыпи и объединенные системой связей в общую пространственную
конструкцию, — береговыми или устоями. Такая объединенная кон-
струкция устоя способна воспринять как вертикальные нагрузки, так
и горизонтальные от торможения и давления грунта.
Для обеспечения продольной жесткости особенно железнодорож-
ных мостов, если их высота превышает 6 — 8 м, применяют башенные
опоры, которые создаются путем объединения стоек опор системой
связей из наклонных и горизонтальных схваток. При этом в простых
балочных мостах под железную дорогу для более полного использо-
вания сечений прогонов расстояние между стойками выгодно прини-
мать равным расчетному пролету прогона.
В железнодорожных и автодорожных мостах с опорами, состав-
ленными из одиночных или сближенных рядов свай; необходимее устраи-
вать башенные опоры через 20 — 25 м по длине моста. '
§ 3. Конструкция деревянных мостов малых пролетов
Балочные мосты малых пролетов по своей конструкции (рис. 14)
являются наиболее простыми. В мостах под железную дорогу
расстояние между опорами принимается равным 2 — 3 м, а в авто-
дорожных 5 — 10 м. Пролеты между опорами перекрываются прого-
нами из бревен или брусьев. Опоры моста состоят из свай, забитых
в грунт. На верхние концы свай укладывают насадки, которые соеди-
няют со сваями врубками, металлическим штырем и болтом с про-
ушиной. На насадки опирают прогоны, состоящие в данном случае из
четырех бревен под каждую рельсовую нить, уложенных в два ряда
(двухъярусные прогоны). Стыки бревен расположены над опорами
вразбежку, т. е. над одной опорой стыкуются верхние бревна, а над
другой — нижние. Стыки в нижних бревнах поддерживаются подбал-
ками.
На прогоны уложены поперечины, к которым крепят рабочие рель-
сы и охранные приспособления. Связь между элементами прогонов,
прогонов с поперечинами и насадками, насадок со сваями осуществ-
ляется болтами и накладками, а'также врубками.
Сопряжение моста с насыпью устраивают следующим образом. Для
поддержания балластной призмы и части насыпи от обрушения и пред-
отвращения соприкосновения концов прогонов и насадки с грунтом
устраивают закладной щит из пластин или бревен. Этот щит поддер-
живается специальными сваями длиной около 4 м, забиваемыми в тело
насыпи и в грунт.
Расстояние между щитом и концами прогонов делают около 10 см,
чтобы .предохранить их от загнивания.
29
Рис. 14. Конструкция балочного моста из круглого леса
I — сваи, 2 — насадка, 3 — прогон, 4 — подбалка
300
В балочных мостах под железную дорогу при пролетах до 3 м про-
межуточные опоры обычно состоят из одного поперечного ряда свай
при четырех коренных сваях в поперечном ряду. При высоте желез-
нодорожных мостов более 3 м (автодорожных 5 м), а на кривой и при
меньшей высоте для обеспечения поперечной устойчивости моста опоры
должны иметь укосины, упираемые в дополнительные, так называе-
мые укосные сваи (рис. 15, или наклонные сваи (рис. 15, б) Сваи
и укосины соединяют поперечными связями в виде схваток или подко-
сов. Мосты этой конструкции не удовлетворяют современным требо-
ваниям изготовления, являются недолговечными и в настоящее время
применяются в крайних случаях в качестве временных мостов. Оте-
сывание бревен и изготовление врубок непосредственно на строитель-
ной площадке не позволяет применять предварительную глубокую
пропитку древесины антисептиками, так как последующая обработка
(образование врубок, пригонка) нарушает защитный слой. Антисеп-
тирование, производимое после изготовления элементов на строй-
площадке, не обеспечивает надежной защиты от гниения.
При строительстве современных деревянных мостов используют
простые однотипные конструкции без врубок и сложных соединений,
исключающие пригонку элементов
на месте сборки и допускающие
монтаж укрупненными блоками.
Этим требованиям в значитель-
ной степени удовлетворяют простые
балочные мосты из пиленого леса —
брусьев и досок, подвергнутых глу-
бокой предварительной пропитке
антисептиками, сооружаемые по
схемам, приведенным на рис. 13, а
и 16. Для повышения однотипности
элементов расчетные пролеты (рас-
стояние между опорами) следует
принимать одинаковыми.
30
Рис 15 Схемы опоры
1 — укосина, 2 — укосная свая, 3 — наклон
При одноярусном расположении
прогонов из брусьев значительно
упрощается конструкция моста и
повышается индустриальность его
изготовления. Опоры с наклонными
сваями имеют значительные пре-
имущества перед опорами с укоси-
нами. Наклонные сваи повышают
поперечную жесткость и восприни-
мают вертикальную нагрузку. По-
этому число свай в опоре с наклон-
ными сваями меньше, чем в опоре
JTjp ।
Рис. 16. Схема балочного моста с ба-
шенными опорами
укосинами. Кроме того, опоры
с наклонными сваями имеют меньше соединений, а следовательно,
они менее подвержены различным расстройствам. Однако забивка
наклонных свай сложнее, чем вертикальных. При устройстве высоких
опор требуется наращивать сваи, а также применять сваи разной
длины. Это в значительной степени усложняет производство работ,
затрудняет применение индустриальных методов изготовления и мон-
тажа опор.
Более удобными для индустриального изготовления являются
рамно-свайные (рис. 17, а) и рамно-лежневые (рис. 17, б) опоры. В
этих опорах вертикальные и наклонные стойки при помощи схваток,
а также верхних и нижних насадок объединены в самостоятельные
монтажные элементы—рамы. Рамы рамно-свайных опор устанавливают
на свайный ростверк.
При устройстве опор для путепроводов, в суходолах или на перио-
дически затопляемых участках, а также на грунтах, не допускающих
забивки свай, применяют рамно-лежневые опоры. Нижние насадки
рам устанавливают на лежни (брусья, бревна) длиной 1,0 — 1,2 м
и соединяют с ними штырями и скобами. Лежни укладывают в котло-
ванах или траншеях, глубина которых не менее чем на 0,25 м больше
глубины промерзания грунта. После установки рам котлованы за-
полняют дренирующим материалом—песком, гравием или щебнем.
Соединение насадок со сваями или со стойками рам (рис. 18) осу-
ществляется без врубок при помощи штырей и металлических накла-
док, прикрепляемых болтами. Штыри длиной 450 мм и диаметром
20 мм забивают в просверленные в насадке и торце стойки отверстия
(несколько меньшего диаметра, чем штыри). Нижний конец штыря
имеет двухгранное заострение (как у костыля). При забивке штырь
располагают так, чтобы заостренный конец не раскалывал древесину,
а перерезал волокна. Кроме того, для соединения насадки со стойками
концы наклонных схваток прикрепляют к насадке при помощи болтов.
Соединение стоек рамы с нижней насадкой может осуществляться ме-
таллическими накладками на болтах и штырями, забитыми через на-
садку, или болтами с проушинами и штырями.
Между нижними насадками рам и насадками свайного ростверка
в башенных опорах ставят прокладные брусья, при помощи которых
легко устраняют неточности, полученные при сооружений свайного
31
ростверка. Соединение рам со свайным ростверком осуществляется
при помощи штырей и болтов с проушинами.
В процессе эксплуатации вследствие усушки древесины и обмятия
в соединениях могут образоваться зазоры. При соединении элементов
болтами с проушинами эти зазоры легко ликвидировать путем закру-
чивания гаек. Если же соединение^ выполнено на металлических
Рис. 17. Конструкция рамных опор
а — рамно-свайная опора; б — рамно-лежневая опора
32
планках, этого нельзя сделать. Поэтому прикрепление при помощи
болтов с проушинами более удобно.
Горизонтальные и наклонные схватки соединяют со стойками или
сваями взаимными врубками со стяжкой болтами Однако этот тип
соединения требует индивидуальной подгонки и приводит к наруше-
нию антисептированного слоя древесины. Соединения только на бол-
тах (без врубок) удобны, но они не обеспечивают требуемой жесткости
и быстро расстраиваются при усушке древесины Для улучшения ра-
боты соединения на болтах без врубок применяют зубчатые шайбы
(зубчатые шпонки), устанавливаемые между соединяемыми элемен-
тами Зубчатые шайбы изготовляют из листовой стали. Края шайбы
имеют треугольные выступы, отогнутые в разные стороны Этими вы-
ступами шайба врезается в древесину, вследствие чего повышается
жесткость соединения.
Прогоны из брусьев с одноярусным расположением (рис. 19) наибо-
лее полно отвечают требованиям индустриального изготовления при
обеспечении достаточно высокой долговечности.
Прогон под каждую рельсовую нитку состоит из четырех брусьев
длиной 6 м. Стыки брусьев расположены над опорами вразбежку
(над одной опорой стыкуется каждый второй брус), перекрыты наклад-
ками из досок толщиной 10 см и стянуты болтами, пропущенными че-
рез все накладки и брусья прогона. Каждый прогон соединен с насад-
кой болтами 0 20 мм. На прогон укладывают поперечины из брусьев,
а на них рабочие рельсы, контррельсы (контруголки), противо-
угонные (охранные) брусья.
2 За^ 129§ 33
В балочно-подкосных мостах при одинаковом сечении прогонов
удается увеличить расстояние между опорами по сравнению с простыми
балочными мостами в 2 — 3 раза благодаря тому, что подкосами соз-
даются промежуточные опоры. Введение в систему подкосов приводит
к усложнению конструкции, требующей большого числа врубок и тща-
тельной подгонки элементов на месте. Кроме того, при передаче уси-
лия с подкоса на опору возникает горизонтальная составляющая (рас-
пор), для восприятия которого необходимо ставить горизонтальнее
элементы-затяжки или соответственно усиливать опоры.
Наличие большого числа врубок, необходимость подгонки элемен-
тов по месту, большое разнообразие типов элементов затрудняют при-
менение индустриальных методов строительства балочно-подкосных
мостов, снижают долговечность и усложняют их содержание в процессе
эксплуатации. Поэтому в настоящее время такие мосты применяются
редко, как временные сооружения в особых условиях.
Рис 19 Конструкция пролетного строения балочного моста с одноярусными про-
гонами ।
34
Конструкция прогонов ба-
лочно-подкосных мостов прин-
ципиально не отличается от
прогонов простых балочных
мостов В пролете между ос-
новными опорами прогоны
опираются на узлы, образуе-
мые подкосами (узел z I на
рис 20) Прогон опирается на
поперечную подушку, которая
поддерживается подкосами, со-
стоящими из двух бревен
(брусьев). Подушка состоит из
двух брусьев, стянутых бол-
тами Поперечную подушку
устраивают из двух брусьев
для того, чтобы обеспечить
достаточную площадь опира-
ния прогонов и подкосов По-
душка связана с прогонами
коротышами при помощи бол-
тов. Подкосы соединяют с по-
душкой штырями; кроме того,
их прикрепляют болтами к ко-
ротышам. Подкос опирается на
подушку (узел II на рис. 20),
которая одновременно являет-
ся горизонтальной схваткой
опоры в поперечном направле-
нии моста. Вертикальная со-
ставляющая усилия в подкосе передается на опору через коротыши-прирубы,
прирубленные к стойке (или свае) «двойным зубом» и притянутые болтами.
Горизонтальная составляющая воспринимается парными схватками-затяжками.
Опоры подкосных мостов имеют такое же устройство, что и опоры простых
балочных мостов. Однако нагрузка, передаваемая с прогонов на опоры, в под-
косных мостах больше, чем в простых балочных. Поэтому число свай в каждой
опоре возрастает. Их приходится ставить в два ряда. Минимальное расстояние
между рядами свай лимитируется пропуском между ними схваток и составляет
Приблизительно 0,5 м между осями свай.
Рис 20 Конструкция узлов одноподкосного
моста
1 — поперечина, 2 — прогон, 3 — подкос, 4 — подушка,
5 — коротыш; 6 —< штырь; 7 — стойка; 8 — коротыш
прируб; 9 — затяжка
Пакетные пролетные строения состоят из бревен или брусьев,
объединенных в так называемые пакеты. Пакеты, в которых элементы
соединены только болтами и поперечными накладками, называют про-
стыми. В этих пакетах составляющие его бревна или брусья работают
на изгиб раздельно. Более эффективное использование элементов пакета
достигается при включении их в совместную работу при помощи шпо-
нок, накладок и других элементов, способных передавать расчетные
сдвигающие усилия/ возникающие между бревнами. Такие пакеты
Называются составными. Число бревен (или брусьев) в пакете назна-
чают в зависимости от пролета от трех до девяти. Пакеты устанавлива-
ет под каждую рельсовую нить и объединяют в пролетное строение.
Пакетное пролетное строение можно изготовлять на стройплощадке
И устанавливать на опоры. Конструкция пролетного строения из про-
стых пакетов, состоящих из девяти бревен, приведена на рис. 21, а.
Бревна отесаны на два канта; между вертикальными рядами бревен
Имеются прокладки, создающие просветы, что обеспечивает лучшее
»* 35
проветривание древесины Бревна в пакете стянуты вертикальными
и горизонтальными болтами. Пакеты связаны между собой кроме опор-
ных брусьев и поперечин нижними распорками.
Пролетное строение из составных пакетов с призматическими шпонками
показано на рис 21, б Шпонка представляет собой четырехгранную призму из
того же материала, что и брусья (или бревна) пакета Направление волокон
шпонок и брусьев пакета совпадает, что обеспечивает их работу на смятие вдоль
волокон в зоне передачи сдвигающих усилий через шпонки. Кроме того, при
одинаковых направлениях волокон шпонок и брусьев при усушке древесины не
происходит образования зазоров в шпоночных соединениях, поскольку дефор-
мации, связанные с усушкой в шпонках и в брусьях, протекают синхронно
30
300
Рис 21. Конструкция пакетных пролетных строений.
Кроме шпонок, Воспринимающих расчетные сдвигающие усйлйя, бревна
Пакета соединены вертикальными и горизонтальными болтами Для образования
между вертикальными рядами бревен просветов, способствующих лучшему про-
ветриванию пакета, поставлены вертикальные прокладки толщиной 4 см.
Пакеты объединены при помощи нижних распорок, опорных брусьев, по-
перечин и поперечных крестовых связей. Для передачи расчетных сдвигающих
усилий в рассмотренной конструкции требуются сравнительно большие размеры
шпоночных соединений, что не всегда удается обеспечить при полном исполь-
зовании несущей способности пакета на изгиб.
Эффективно применение гибких пластинчатых металлических шпо-
нок (рис. 21, в), представляющих собой стальные пластинки толщиной
б ^-8 — 12 мм и высотой (7 -4- 8) б. Для установки таких шпонок
в собранном пакете делают прорези при помощи электродолбежника.
Глубина врезки в каждый соединяемый элемент не должна превышать
1/5 его высоты.
Пластинчатые шпонки имеют ряд преимуществ: вследствие их ма-
лой толщины можно увеличить число шпонок на единицу длины со-
единяемых элементов по условию скалывания древесины; в связи с
большей податливостью повышается равномерность распределения
сдвигающих усилий между шпонками; проще изготовление шпонок
и соединений.
Клееные и клеефанерные конструкции в последние годы находят
широкое применение в промышленном и гражданском строительстве,
а также при сооружении автодорожных мостов, они могут использо-
ваться и в железнодорожных мостах.
Накопленный опыт эксплуатации таких конструкций дает осно-
вание считать, что применение их в мостостроении при определенных
условиях целесообразно.
Клееные конструкции изготовляют из .пиломатериалов, склеен-
ных специальными атмосферостойкими, водо- и биостойкими синте-
тическими клеями, обладающими высокой прочностью и долговеч-
ностью. В качестве клея наиболее часто используют фенолоформальде-
гидные смолы с добавкой специального отвердителя. Могут также при-
меняться клеи, осЦованные на резорциновой, полиамидной, эпоксид-
ной и других синтетических смолах
Толщина дбсок для клееных конструкций не должна превышать
3,3 см для главных балок и 4,3 см для остальных элементов при влаж-
ности их не выше 15%. Склеиваемые поверхности тщательно строгают.
Клееные конструкции хорошо приспособлены для заводского изготов-
ления. Возможность обойтись без врубок и врезок при защите древе-
сины антисептиками позволяет сделать их долговечными. Благодаря
'юму, что элементы собирают из отдельных досок и брусков,'пороки
древесины рассредоточиваются, в связи с чем повышается прочность
склеенного элемента по сравнению с прочностью исходного материала
тех же геометрических размеров. Кроме того, можно значительно уве-
личить несущую способность клееных конструкций, например балок,
путем подбора и размещения составных элементов, располагая более
прочные из них в зонах действия максимальных напряжений.
Для пролетных строений железнодорожных и автодорожных мо-
стов могут быть использованы клееные балки двутаврового и прямо-
37
угольного сечений (рис. 22, а, б) из досок. Отдельные доски можно сты-
ковать «на ус» или с зубчатым шипом> (рис. 22, в, г). При расположении
стыков в сжатых слабо напряженных зонах допускается стыковать
доски «впритык» с плотной их приторцовкой и проклейкой.
Стыки досок должны быть рассредоточены. В наиболее напряжен-
ных сечениях балки допускается стыкование не более одной доски.
Расстояние по длине балки между стыками должно быть не менее 20
толщин более толстой стыкуемой доски. Продольные стыки досок рас-
полагают- вразбежку, таким образом, чтобы расстояние между ними
в смежных рядах было не менее 4 см. Высота клееных балок для авто-
дорожных мостов принимается в пределах 4- Z, где I — расчет-
ный пролет балки.
В клееных конструкциях наряду с обычной древесиной применяют
бакелизированную фанеру, изготовленную из тонких слоев березовой
древесины (шпона), склеенных водостойким клеем. Она обладает
значительно большим сопротивлением на растяжение и скалывание,
чем обычная древесина. Используя этот материал в сочетании с пило-
материалами, можно получить более легкие балки, называемые клеефа-
нерными. Б^лки небольших пролетов можно изготовлять с одиночной
стенкой из бакелизированной фанеры (рис. 23,а). Стенка подкреплена
вертикальными ребрами жесткости. В бблее мощных балках ставят
двойные стенки из бакелизированной фанеры (рис. 23, б), размещая
ребра жесткости между стенками.
В рассмотренных конструкциях балок верхние и нижние пояса
склеены из досок. Нижние растянутые пояса можно также выполнить
из бакелизированной фанеры, прикрепляя ее к стенкам балки при
помощи досок или непосредственно. Для повышения несущей-способ-
ности балок и защиты верхних поясов от влаги полезно на них наклеи-
вать горизонтальные листы бакелизированной фанеры (рис. 23, в).
В настоящее время промышленностью освоен выпуск жестких
древесных слоистых пластиков (ДСП), изготовляемых из тонких ли-
стов шпона, пропитанных синтетическими смолами, с обработкой при
а) Не менее Чем
Рис 22. Поперечные сечения клееных балок и конструкция стыков досок
а к- двутавровое сечение, б — прямоугольное~сечение, в — стык «на ус», г — стык с зуб-
чатым шипом
38
Рис 23. Поперечные сечения клеефанерных балок
высоких температуре и давлении. Эти материалы можно использовать
для изготовления пролетных строений мостов. Наилучшим для мостов
является древесный слоистый пластик с перекрестным расположением
волокон древесины (ДСП-Б), выпускаемый в виде листов длиной до
5600 мм, шириной до 1200 мм и толщиной 15—60 мм. ДСП-Б имеет
следующие физико-механические характеристики: объемная масса —
1,3 т/м3; предел прочности вдоль волокон на растяжение — не менее
2600 кгс/см2, нй сжатие — 1600 кгс/см2, прочность на скалывание по
клеевому шву — 150 кгс/см2, модуль упругости — 3 • 105 кгс/см2.
Некоторые формы поперечных сечений главных балок из ДСП
приведены на рис. 24, а, б. Соединения листов клеевые. Устойчивость
стенки обеспечивается постановкой ребер жесткости. В связи с тем,
что ДСП имеют сравнительно невысокий модуль упругости, в балках
для пролетных строений железнодорожных мостов долговременного
назначения из-за существующих требований по прогибу не удается
полностью использовать прочностные свойства ДСП. Для повышения
эффективности использования ДСП в отдельных случаях целесообраз-
но применять комбинированные по материалу балки, в которых эле-
менты, работающие на растяжение, выполняются из ДСП, а на сжа-
тие — из железобетона. Этим требованиям достаточно хорошо удов-
летворяют балки, склеенные,из ДСП, с железобетонной плитой, вклю-
ченной в работу (рис. 24, в, г). Включение железобетонной плиты в со-
вместную работу на изгиб может быть обеспечено путем устройства
различных упоров, прикрепляемых к клееной конструкции при по-
мощи клея или болтов и омоноличиваемых в железобетонной плите.
Удобно и перспективно объединение плиты с клееной балкой при по-
мощи клеевого шва, обжатого болтами (см. рис 24, а).
Балки объединяют в пролетное строение поперечными, а при боль-
ших пролетах — и прододьньщи связями. Элементы связей обычно
§9
Рис 24. Типы поперечных сечений балок из ДСП
также клееные, выполняемые Из
досок, бакелизированной фанеры
или ДСП. Элементы связей крепят
к балкам чаще всего на болтах.
1>до/г
Z0W _ 65 &
Проезжая часть. На деревян-
ных мостах под железную дорогу
мостовое полотно обычно устраи-
вают на поперечинах—мостовых
брусьях (рис. 25). Путевые рельсы
укладывают на подкладки и при-
шивают костылями к поперечинам.
Между путевыми рельсами укла-
дывают контррельсы или контр-
уголки, назначение которых — 1--------
направлять вдоль моста сошедший
с рельсов подвижной состав. ' Рис 26 Мостовое полотно с ездой на
Для предупреждения продолы балласте
лого сдвига поперечин, а также для
направления вдоль моста сошедшего с рельсов и перескочившего через
Контррельс подвижного состава устанавливают противоугонные (ох-
ранные) брусья или уголки, располагая их на расстоянии 300 —
400 мм от наружной грани путевого рельса. Соединение их с поперечи-
нами осуществляют взаимной врубкой и болтами. Поперечины укла-
дывают на прогоны. Расстояние между поперечинами в свету из со-
ображений безопасности должно быть от 10 до 15 см.
Между контррельсами устраивают дощатый настил с противопо-
жарной засыпкой из щебня или гравия. На мостах длиной более 20 м
или высотой более 5 м, а также на путепроводах и на мостах, распо-
ложенных в пределах станций, устраивают тротуары с перилами.
Настил тротуаров состоит из четырех досок сечением 20 X 5 см, а на-
стил между контррельсами (при отсутствии противопожарной засыпки)
из двух досок сечением 20 X 3 см.
Иногда на деревянных мостах устраивают мостовое полотно с ез-
дой на балласте. Езду на балласте целесообразно применять на мостах,
расположенных в районах с сухим жарким климатом, где велика опас-
ность возгорания. Кроме того, такая конструкция может оказаться
целесообразной для мостов на кривых участках пути, поскольку при
наличии балластной призмы сравнительно легко обеспечивать тре-
буемое возвышение наружного путевого рельса.
Мостовое полотно с ездой на балласте на мостах с одноярусными
прогонами показано на рис. 26. Прогоны распределены равномерно по
ширине моста. На прогоны уложен настил из досок сечением 22 X
X 10 см, пришитых гвоздями. Между досками имеются зазоры около
3 см. Чтобы балластная призма не осыпалась, по обеим сторонам уста-
навливают бордюрные брусья сечением 20 X 14 см. Толщина балласт-
ного слоя от подошвы шпалы должна быть не менее 15 см.
При устройстве мостового полотна с ездой на балласте необходимо
обращать внимание на защиту деревянных элементов и в первую
Очередь настила, бордюрных брусьев и Прогонов от гниения Глубокая
пропитка этих элементов антисептиками является обязательной.
При расположении деревянных мостов на кривых участках пути
необходимое возвышение наружного рельса создается различными спо-
собами. При езде на .балласте это достигается путем придания соответ-
ствующего очертания поперечному сечению балластной призмы, а при
езде на поперечинах — путем наклонного расположения поперечин,
что обычно достигается при небольшой величине возвышения стеской
насадок, при больших возвышениях— укладкой на насадки специаль-
ных клиновидных прокладок (рис. 27).
На мостах под автомобильную дорогу тип полотна проезжей части
выбирают в зависимости от характера и интенсивности обращающихся
нагрузок и размещения прогонов (или балок). По размещению про-
гонов балочные мосты простейшей конструкции могут быть с рассредо-
точенными (сближенными) прогонами и с сосредоточенными прого-
нами. В первом случае прогоны размещают на расстоянии 0,5— 0,6 м
друг от друга. При пролетах до 8 м сближенные прогоны, как правило,
одноярусные, а более 8 м—двухъярусные. Сосредоточенные прогоны,
обычно пакетные, укладывают на расстоянии 1,5 — 1,8 м друг от
Друга.
При небольшой интенсивности движения на мостах с рассредото-
ченными прогонами устраивают простейший шастил, выполняемый
из отесанных на два канта бревен (накатин) или пластин, уложенных
непосредственно на прогоны. Накатины и пластины закрепляют при-
жимными бревнами, которые одновременно служат колесоотбойными
(бордюрными) элементами (рис. 28, а). Для обеспечения плавности
движения по мосту, что особенно важно для автомобилей, часто устраи-
вают проезжую часть с верхним дощатым настилом. При рассредо-
точенных прогонах несущую часть настила обычно делают из уложен-
ных вплотную пластин или накатин, на которые укладывают сплош-
ной настил издщсок толщиной 4 —5 см (рис. 28, б).
Рис. 27 Мостовое полотно с ездой на поперечинах при расположении моста на
кривой
42
Рис 28 Основные типы настилов деревянных мостов под автомобильную дорогу.
В мостах с сосредоточенными прогонами проезжую часть с доща-
тым настилом устраивают следующим образом. На прогоны укладывают
поперечины из отесанных на два канта бревен или брусьев с шагом 60 —
80 см, а на них двойной дощатый настил (рис. 28, в). Доски нижнего
настила всегда располагают вдоль моста. Для лучшего проветривания
между ними оставляют зазор в 2 — 3 см.
Верхний дощатый настил служит для распределения давления от
колес автомобилей и гусениц и защиты нижнего несущего настила от
износа и в расчет не вводится Доски верхнего-настила укладывают как
вдоль, так и поперек моста. Однако продольная укладка более удобна
как при устройстве настила, так и при эксплуатации.
На автомобильных дорогах с интенсивным движением применяют
асфальтобетонное покрытие. В этом случае в качестве настила исполь-
зуют деревоплиту (рис. 28, г), которую собирают из досок разной ши-
рины, уложенных на ребро и сшитых между собой гвоздями. Благодаря
чередованию широких и узких доёок верхняя поверхность плиты по-
лучается гребенчатой, что обеспечивает достаточно надежную связь
деревянной плиты со слоем асфальтобетона. Для обеспечения надеж-
ной связи плиты с этим слоем широкие доски должны иметь ши-
рину, отличающуюся не менее чем на 4 — 6 см от узких. Это пре-
дохраняет от угона асфальтированного покрытия, хотя и увеличи-
вает немного его вес.
Для стока воды поверхность настила должна иметь продольный ук-
лон и двускатный поперечный уклон 1,5 — 2,0% Воду отводят под
мост при помощи водоотводных трубок или лотков.
43
§ 4. Пролетные строения с фермами
Среди большого разнообразия ферм, применявшихся в мостах, наибо-
лее широкое распространение получили фермы с крестовой решеткой
Гау-Журавского и многорешетчатые дощатые (рис. 29). Последние пре-
имущественно применяются в мостах под автомобильные дороги
В фермах Гау-Журавского пояса и раскосы выполнены из деревян-
ных брусьев или бревен, а стойки (тяжи) из стали круглого сечения.
В каждой панели имеется два перекрещивающихся раскоса. При за-
гружении фермы равномерно распределенной нагрузкой один из них
теоретически работает на сжатие (этот раскос называется прямым),
а другой, называемый обратным, — на растяжение.
Раскосы в фермах Гау-Журавского опираются на специальные
подушки. Такое сопряжение способно передавать только сжимающие
усилия. В зависимости от положения временной нагрузки на пролет-
ном строении, сжимающие усилия могут возникать в прямом или об-
ратном раскосах. Поэтому в каждой панели включается в работу толь-
ко тот раскос, который при данном положении нагрузки работает на
сжатие с учетом усилий от собственного веса.
Легко заметить, что в крайних панелях работают в основном
прямые раскосы, а в средних—как прямые, так и обратные. В опорных
панелях, где поперечная сила при лю-
бом загружении не меняет знака,
можно не ставить обратных раскосов.
Таким образом можно получить упро-
щенную ферму Гау-Журавского
(рис. 29, б). Однако по конструктив-
ным соображениям обратные раскосы
в опорных панелях полезны, посколь-
ку они позволяют уменьшить свобод-
ную длину прямых раскосов и повы-
шают сопротивление горизонтальному
сдвигу опорных подушек.
Стойки работают только на растя-
жение. Они выполняются в виде
стальных тяжей, имеющих на концах
резьбу. Для улучшения работы рас-
косов ферм и обеспечения плотного
прилегания их торцов к опорным по-
душкам тяжи подтягивают гайками
при монтаже и периодически в про-
цессе эксплуатации.
Основные размеры ферм назна-
чают таким образом, чтобы выполнить
следующие условия: обеспечение не-
обходимой жесткости, создание наи-
более рациональных конструктивных
решений узлов и отдельных элемен-
тов; обеспечение требований габари-
44
10*10
Рис 30 Фасад пролетного строения с ездой поверху
та, обеспечение устойчивости против опрокидывания и др. От пра-
вильности выбора основных размеров пролетных строений в значи-
тельной степени зависит их стоимость.
Высоту ферм для железнодорожных мостов обычно принимают от
х/5 до V7 пролета, а для автодорожных от х/5 до х/9 пролета.
Для облегчения конструкции проезжей части длину панели реко-
мендуется принимать не более 3 м.
Наиболее рациональный угол наклона раскосов к вертикали на-
ходится в пределах 40 — 45°. Однако выдерживать угол в этих пре-
делах при одновременном удовлетворении требований к длине панели
не всегда возможно. Поэтому часто раскосы приходится ставить кру-
че, но при этом угол наклона к вертикали должен быть не менее 30°.
При меньших углах усложняется конструкция узла, увеличивается
высота опорных подушек.
Чтобы выполнить требования, предъявляемые к длине панели и к
наклону раскосов для пролетных строений с ездой поверху, приме-
няются фермы с дополнительными стойками (рис. 29, в), а с ездой
понизу — с дополнительными подвесками (рис. 29, а).
45
Рис 31 Поперечный разрез пролетного строения
с ездой поверху
Главные фермы в про-
летном строении соеди-
няют системой продоль-
ных и поперечных свя-
зей. В пролетных строе-
ниях с ездой поверху и
в пролетных строениях
с ездой понизу при доста-
точной высоте главных
ферм с точки зрения
удовлетворения требова-
ниям габарита, как пра-
вило, продольные связи
располагают в уровне
верхних и нижних поя-
сов главных ферм. Про-
дольные связи в сочета-
нии с поясами главных
ферм образуют горизон-
тальные фермы. Кроме
продольных связей, уст-
раивают поперечные свя-
зи, которые располагают
через каждые 4—6 м и
по концам пролетного
строения.
X ар актерн ая конст-
рукция пролетного
строения с ездой поверху
приведена на рис. 30
и 31.
Каждый пояс главных ферм состоит из четырех бревен, отесанных на четыре
канта и расположенных в один горизонтальный ряд Стыки нижних растянутых
поясов являются наиболее слабым местом К их проектированию, изготовлению
и эксплуатации необходимо относиться особенно внимательно В рассматриваё-
мом пролетном строении стыки перекрыты парными накладками из листовой
стали, стянутыми болтами Для повышения сцепления между накладками' и
брусьями, к внутренним сторонам накладок приклепывают или приваривают
призматические шпонки
Стыки верхних сжатых поясов перекрыты обычными стальными наклад-
ками,, стянутыми болтами В стыках брусья тщательно приторцованы. Основные
раскосы изготовлены из трех брусьев, а обратные—из двух, пропущенных в про-
светы между брусьями основных раскосов Брусья, образующие раскосы, стя-
нуты болтами Раскосы опираются на подушки, волокна которых направлены
вдоль фермы При таком расположении волокон повышается сопротивление
подушки на сжатие в местах опирания раскосов. В местах опирания основных
раскосов поставлены прокладки, изготовленные из стальных швеллеров.
Стальные тяжи пропущены в просветы между бревнами поясов. Передача
усилия с тяжей на пояса ферм осуществляется через поперечные бруски В узлах
рядом с этими брусками установлены парные распорки продольных связей На
распорки верхних продольных связей в плоскости главных ферм уложены пар-
ные прогоны, на которые опираются поперечины Между главными фермами по*
ставлены поперечные связи.
46
§5.Деревянные опоры й ледорезы
Конструкция деревянных опор зависит от длины устанавливаемых
па них пролетных строений и местных условий (высоты моста, глубины
реки, характеристик грунта). В § 3 настоящей главы были кратко
рассмотрены конструкции свайных, рамно-свайных и рамно-лежневых
опор мостов малых пролетов.
Для мостов с пролетными строениями больших пролетов требуются
более мощные опоры, способные воспринять большие вертикальные
п горизонтальные нагрузки.
Деревянные опоры могут быть также использованы как временные
под металлические и железобетонные пролетные строения мостов.
Если грунт допускает забивку свай, то применяют рамно-свайные
и свайные опоры. В тех случаях, когда забивка свай по геологическим
условиям невозможна, применяют рамно-лежневые или ряжевые опоры.
Рамно-свайные опоры благодаря возможности индустриализации
их изготовления находят наиболее широкое применение. Рамно-свай-
пая опора состоит из свайного ростверка и надстройки, выполненной
из рам, располагаемых вдоль моста (рис. 32, а) или поперек (рис. 32, б).
Как показывает опыт, монтаж опор из поперечных рам значительно
удобнее, поэтому они применяются чаще, чем продольные. Использо-
ваний продольных рам объясняется стремлением обеспечить более
жесткую связь между стойками (или полубыками), на которые опира-
ются концы соседних пролетных строений. Кроме того, продольные
рамы имеют меньшие габаритные размеры, что облегчает их транспор-
тирование и установку, но число рам при этом становится больше
Весьма удобной является компоновка рамных опор из однотипных
продольных и поперечных рам-блоков. Надстройка опоры (рис. 33)
состоит из четырех продольных и двух поперечных вертикально рас-
положенных рам-блоков и двух продольных наклонных рам-блоков.
Высота рам для удобства установки и использования леса стандарт-
ных длин принимается равной 6 — 8 м. Для образования опоры тре-
буемой высоты и несущей способности рамы можно устанавливать в не-
сколько рядов и ярусов
При наличии наклонных стоек в раме необходимо стремиться к
тому, чтобы оси стоек не пересекались в одной точке (это уменьшает
жесткость рамы)
Рис 33 Опора с продольным и поперечным расположением рам-блоков
а — схема опоры, б конструкция верхней части надстройки опоры
Для обеспечения необходимой устойчивости крайние рамы можно
устанавливать наклонно, образуя при наличии крайних наклонных
стоек в рамах так называемые пирамидальные опоры (см. рис. 32).
Рамы объединяют в пространственную конструкцию системой
связей. Конструкция узлов рам и их сопряжений со свайными, рост-
верками аналогична рассмотренной в § 3 настоящей главы.
Для обеспечения устойчивости свай и повышения жесткости свай-
ного ростверка при высоте свай от дна водоема до насадки более 2 м
необходимо устраивать связи между сваями, а при глубине водоема
более 5 м-—ставить специальные каркасы, представляющие собой жест-
кую пространственную конструкцию из бревен или брусьев Каркас
закрепляют с помощью специальных анкерных свай, а затем через
ячейки в каркасе забивают основные сваи.
Рамно-лежневые опоры отличаются от рамно-свайных опор тем, что
вместо свайного ростверка они опираются на лежни (см рис. 17, б).
Основанием рамной части ( надстройки) опор могут служить фун-
даменты из бетонной или каменной кладки, а также ряжевые опоры.
Свайные опоры под пакетные пролетные строения и пролетные стро-
ения с фермами по своей схеме аналогичны показанным на рис. 15.
Число рядов свай вдоль моста зависит от величины передаваемых на
опору усилий. Для обеспечения пространственной жесткости опоры
сваи между собой в продольном и поперечном направлениях соединяют
системой горизонтальных и диагональных связей.
Ряжевые опоры применяют в тех случаях, когда дно реки сложено
из скальных или каменистых грунтов, а глубина воды значительна.
Ряж представляет собой деревянный сруб из бревен или брусьев, име-
ющий стенки, днище и перегородки. На реках со слабым течением при-
меняют ряжи прямоугольной формы в плане (рис. 34, а). Для улуч-
шения обтекаемости и повышения сопротивляемости действию льда
и плывущих по реке предметов ряжи делают с заостренной носовой
частью, а на быстрых реках—и с кормовой (рис. 34, б).
Ряж устанавливают на предварительно спланированную площадку на дне
реки и заполняют камнем Для защиты от подмыва по периметру с наружной сто-
роны ряжа устраивают каменную наброску высотой не менее 0,5 м, шириной по-
верху 0,5 м с откосом не круче 1 1
Высокие ряжи целесообразно делать ступенчатыми (рис 34, в) Стены ряжа
рубят из бревен диаметром 20 — 26 см, а иногда из брусьев. Для лучшей пере-
дачи давлений бревна притесывают друг к другу Углы стены рубят без остатка
в «лапу» (рис 34, г) или с остатком в «обло» (рис. 34, д) Чтобы предотвратить
выпучивание стенок ряжа, ставят продольные и поперечные перегородки и вер-
тикальные сжимы Перегородки располагают через 2 — 3 м Они могут быть
сплошными на всю высоту ряжа или в виде связей высотой в несколько венцов.
Бревна перегородок соединяют со стенками врубками, противодействующими
их выдергиванию Венцы ряжа скрепляют между собой нагелями из стали круг-
лого или квадратного сечения Длина нагелей равна высоте двух с половиной
или трех венцов. Нагели забивают через 2 — 3 м и размещают в шахматном
порядке. Дно ряжа располагают на высоте одного — трех венцов от низа
ряжа Его делают из бревен.
Ледорезную часть, а также боковые поверхности ряжей на реках с ледохо-
дом обшивают стальными листами, а реЖущее ребро укрепляют уголком. На
реках с сильным ледоходом на ряжевых опорах устраивают специальные наклон-
ные ледорезные выступы.
49
Ряжевые опоры имеют значительные Осадки, которые возрастают
С увеличением высоты ряжа. Для уменьшения осадок, а также для
снижения расхода леса и камня целесообразно верхнюю часть опоры
(выше горизонта высоких вод) собирать из рам. Такие опоры называют-
ся рамно-'ряжевыми (см. рис. 34, б).
Значительным недостатком ряжевых опор является существенное
стеснение русла реки, в связи с чем повышаются скорость течения и ве-
роятность подмыва ряжей. Ряжи в пределах изменения уровня воды
быстро загнивают, что снижает их долговечность. Опыт эксплуатации
ряжевых опор свидетельствует о том, что их удовлетворительное со-
держание связано с большими трудовыми затратами и необходимостью
непрерывного наблюдения за ними. Кроме того, для сооружения ря-
жевых опор требуется большое количество материалов (леса, камня)
и рабочей силы. Поэтому ряжевые опоры следует применять в край-
них случаях.
Рис 34 Ряжевые опоры
50
Рис 35 Плоский ледорез с наклонным режущим ребром
Ледорезы. На замерзающих реках деревянные опоры должны быть
защищены от воздействия ледовой нагрузки. С этой целью перед
опорами устраивают ледорезы, которые разламывают ледяные поля
и направляют плывущие льдины в пролеты мостов. Обычно ледорезы
не связывают с опорами, а располагают их впереди опор выше по те-
чению на расстоянии 2 — 8 м. При этом удары льдины не передаются
на опоры, и мост не подвергается сотрясениям. Однако для создания
необходимой прочности отдельно стоящего ледореза требуется допол-
нительный расход материала по сравнению с ледорезами, объединен-
ными с опорами.
Ледорезы, устанавливаемые непосредственно перед опорами моста,
называются предмостными На реках с особо сильным ледоходом, кро-
ме предмостных ледорезов, выше по течению на расстоянии 30 — 50 м
устраивают аванпостные ледорезы, предназначенные для членения
больших ледовых полей. Аванпостные ледорезы устанавливают в рус-
ловой части реки. Конструкция и основные размеры ледореза назна-
чаются в зависимости от характера ледохода, ширины защищаемых
опор и горизонтов ледохода.
При умеренном ледоходе и сравнительно узких опорах (из одного
или двух сближенных рядов свай) обычно устраивают так называемые
плоские ледорезы, состоящие из одного или двух рядов свай с укреп-
ленным на нйх наклонным режущим ребром (рис 35). Режущее ребро
изготовляют из бревен, соединяемых со сваями штырями, болтами,
хомутами и скобами, а сверху укрепляют стальной полосой или старо-
годным рельсом Для обеспечения жесткости ледореза устанавливают
связи Наклон режущего ребра принимается в зависимости от сиды ле-
дохода в пределах от 1 : 1,5 до 1 ; 2,
51
Рис 36 Ледорез шатрового типа
/—свря 2—наклонная насадка, 3 — наклонное ребро, 4—обшивка, 5 — режущее ребро
Принцип работы ледореза с наклонным режущим ребром состоит
в том, что льдины под действием сил инерции и течения воды скользят
вверх по наклонному ребру и, поднявшись, разламываются на ноже
ледореза под действием собственного веса. Поэтому верх режущего
ребра должен располагаться над горизонтом самого высокого ледо-
хода (ГСВЛ) не менее чем на 1—1,5 м, чтобы льдины не могли пройти
над ледорезом не разрушившись. Нижний конец режущего ребра
располагают ниже горизонта самого низкого ледохода (ГСНЛ) не ме-
нее чем на 0,5—1,0 м для того, чтобы плывущие льдины при самом низ-
ком ледоходе нижней поверхностью ложились на наклонную часть
ледореза.
Для защиты широких опор на многоводных реках с интенсивным
ледоходом устраивают ледорезы шатрового типа (рис. 36), обычно из
трех рядов свай. Верх свай среднего ряда располагают выше верха
свай крайних рядов. Сваи срезают наклонно. На сваи в продольном
направлении ледореза укладывают наклонные насадки, на которые
опирают наклонные в поперечном направлении ребра. Наклонные реб-
ра сверху обшивают накатником (тонкими бревнами), в результате
образуется своеобразный шатер, в связи с чем ледорезы получили на-
звание «шатровые». Боковые вертикальные грани обшивают пластина-
ми или накатником.
Режущее ребро ледореза состоит из одного или нескольких бревен,
прикрепленных к головам свай среднего ряда при помощи штырей,
хомутов и скоб. Сверху ребро укрепляют полосовым железом или ста-
рогодным рельсом.
При ^лабом ледоходе на мелких реках для защиты опор иногда
применяют простейшие ледорезы, состоящие из куста свай (трех и бо-
лее близко расположенных свай). ;
52
РАСЧЕТ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
§ 1. Основные положения
Детальному расчету моста предшествует выбор наиболее рацио-
нальной схемы моста. Для выбора наилучшего решения составляют не-
сколько вариантов проектируемого моста, которые тщательно анали-
зируют по стоимостным, эксплуатационным, технологическим и другим
показателям. Принятый к окончательной разработке вариант моста
детально рассчитывают и конструируют. Расчет и конструирование
моста представляют собой единый процесс проектирования.
Мост—сложная пространственная конструкция. Для упрощения
расчетов его расчленяют на отдельные плоские системы, устанавливая
для них расчетные схемы. Расчетную схему выбирают так, чтобы
она в разумных пределах отражала действительную работу конст-
рукции и чтобы полученные силовые факторы, по которым назначают-
ся размеры элементов, были не ниже действительных. Так, например,
узловые соединения конструкций в расчетных схемах принимаются
шарнирными, прогоны балочных мостов условно рассчитываются как
разрезные балки, хотя в действительности они работают как нераз-
резные балки на опорах, имеющих значительную податливость.
Усилия в элементах и соединениях определяют в предположени и
упругой работы материала, как правило, с использованием линий
влияния.
Расчет деревянных мостов под железную дорогу производят по
предельным состояниям первой и второй групп. По предельным состоя-
ниям первой группы элементы проверяют на прочность и устойчивость.
Расчет деревянных мостов на выносливость в явном виде не произво-
дят. Явления, связанные с появлением усталостных разрушений,
косвенно учитываются при назначении расчетных сопротивлений и в
указаниях по конструированию.
По предельным состояниям второй группы проверяют величины
прогибов пролетных строений.
Динамический -коэффициент при расчете сечений элементов дере-
вянных мостов под железную дорогу принимается равным 1 +ц~1,1,
а при расчете сопряжений 1 + р, = 1,2; автодорожных мостов— 1,0.
Расчетный модуль упругости древесины при сжатии и растяжении
вдоль волокон и при изгибе следует принимать: для обычной древеси-
ны равным 85 000 кгс/см2, а для клееной — 100 000 кгс/см2.
Сопротивление древесины силовым воздействиям зависит как от
качества древесины, так и от вида напряженного состояния и направ-
ления усилий по отношению к волокнам. Различны и виды разрушения
древесины: близкое к хрупкому при растяжении и скалывании; с боль-
< 53
шими пластическими деформациями при изгибе и смятии. В связи с
этим в расчетах по предельным состояниям первой группы в качестве
предельных принимают напряжения, при которых происходит разру-
шение древесины или развитие больших пластических деформаций.
Важно отметить, что сопротивление древесины зависит от длительно-
сти действия нагрузки. Отмеченные особенности работы древеси-
ны учитываются при назначении расчетных сопротивлений. Расчетные*
сопротивления устанавливаются в зависимости от вида напряженного
состояния, конструктивных особенностей элементов, породы дерева,
его влажности и других факторов. Их величины регламентируются тех-
ническими условиями по проектированию мостов.
В качестве примера рассмотрим расчет центрально сжатых элемен-
тов. Основная расчетная формула имеет вид:
N
ф^7 расч
(Ш.1)
где N — расчетное осевое усилие;
Ф — коэффициент понижения несущей способности, определяе-
мый по формулам:
при Х^75 ф=1—0
при
„г 3100
75 ф =---------
т X2
Л — гибкость элемента в плоскости изгиба;
FpaC4 — расчетная площадь для расчета на устойчивость цент-
ральносжатых элементов, принимаемая равной пло-
щади брутто при ослаблении менее 25% и 4/3 площади
нетто при ослаблении более 25%;
Rc — расчетное сопротивление дрёвесины при сжатии вдоль
волокон.
Подробные сведения о расчетных формулах для различных видов
напряженного состояния и работы элементов приведены в указаниях
и нормах по проектированию мостов и труб.
Расчетные силовые факторы (Л1, Л/, Q) определяются от временной
и постоянной нагрузок с учетом коэффициентов перегрузки и дина’
мических коэффициентов.
§ 2. Расчет прогонов, пакетов и клееных балок
Прогоны балочных и подкосных мостов независимо от их действитель-
ной схемы работы (обычно они работают как неразрезные балки на
упругих опорах) рассчитывают как простые балки с пролетами, рав-
ными расстоянию между осями соседних опор (узлов опирания). Та-
кое у прощение расчетной схемы в значительной степени облегчает рас-
чет при обеспечении достаточной точности оценки надежности прого-
нов. Принятие более точных расчетных ёхем связано не только с ус-
54
ложнением статического расчета, но и с трудностью установлений Дё-
формационно-жесткостных характеристик, например, податливости
онор, отдельных стыков и других факторов, поскольку они крайне
неопределенны. При наличии подбалок расчетный пролет прогонов
допускается уменьшать по отношению к расстоянию между осями
опор на удвоенное расстояние от конца подбалки до оси опоры, но
не более чем на 10%.
Пакеты и клееные балки пролетных строений железнодорожных
мостов обычно работают по схеме простых балок. За расчетный пролет
балки принимают расстояние между центрами ее опирания.
Расчетные усилия (расчетный изгибающий момент и поперечная
сила) для характерных сечений определяются от временной и постоян-
ной нагрузок по линиям влияния. Временная нагрузка задается экви-
валентными нагрузками в соответствии с указаниями по проектиро-
ванию мостов и труб.
Постоянная нагрузка в виде равномерно распределенной нагрузки
от веса мостового полотна рх и веса прогона (балки, пакета) р2 опреде-
ляется по примерно заданным их размерам, на основании справочного
материала или приближенных расчетов. ,
Временные и- постоянные нагрузки в расчетные формулы вводятся
с соответствующими коэффициентами перегрузки, а временная на-
грузка, кроме того, с динамическими коэффициентами.
Расчетный момент (в середине пролета) и расчетную перерезываю-
щую силу около опоры определяют по формулам:
Al=[ra1pi + n2/?2 + ra(l+[x)-^-"lQM; 1
L .«6 1 (П1.2)
Q = Р1 + «8 р2 + П (1 + р) — ] □<?,
L «б J J
где ka ,6, k9 — эквивалентные нагрузки для треугольной линии влия-
ния с максимальной ординатой в середине пролета
и над опорой;
п1( «г — коэффициенты перегрузки для постоянной нагрузки;
п — коэффициент перегрузки для временной нагрузки;
пб — число прогонов или балок, на которое передается
нагрузка от одного поезда (с одного пути) при условии
равномерного ее распределения между прогонами
(балками);
QM, Qq — площадь линии влияния момента и перерезывающей
силы;
1 4- (1 — динамический коэффициент.
По расчетным усилиям подбирают сечения прогонов, пакетов и
балок с последующей проверкой нормальных и касательных напряже-
ний, которые сравнивают с расчетными сопротивлениями (расчет по
предельным состояниям первой группы). Кроме того, проверяют вели-
чины прогибов (расчет по предельным состояниям второй группы).
55
Проверка прочности простых прогонов, состоящих из одиночных бре-
вен или одиночных брусьев, производится по формулам . 7
м .
Гнт и’
Добр г>и
/бр& ск’
(III.3)
где И7НТ — момент сопротивления сечения нетто;
/'бр — момент инерции сечения брутто;
Хбр — статический момент полусечения брутто относительно
нейтральной оси;
b — ширина сечения по нейтральной оси.
В составных прогонах или пакетах на призматических про*
дольных шпонках (колодках) и других шпонках вследствие деформаций
сдвига, связанных с податливостью шпоночных соединений, момент
инерции сечения снижается по сравнению с балками целого сечения.
Это учитывается введением в расчетные формулы коэффициента усло-
вий работы /п2, который для пакетов на призматических продольных
шпонках согласно указаниям и нормам по проектированию мостов
и труб принимается в зависимости от пролета и числа ярусов в сле-
дующих размерах:
Пролет Пролет
до 6 м Эми более
Тип балок
Двухъярусные................. 0,85 0,90
Трехъярусные................. 0,80 0,85
Условия прочности составной балки записываются в следующем виде
/7^2 Wнт
г= (Ш4)
*бр0
Здесь геометрические характеристки /бр, Ц7НТ, S6p определяются
как для целого сечения составной балки.
На шпонку действует сдвигающая сила (рис. 37)
Т — П + Тз С1Ч-С2 __ ~ С1+ с2
2 ’ 2 ср 2 ’
(III.5)
, Qi ^бр . гр^__ ^бр
Лзр Л>р %
Qi> Q2 — расчетная поперечная сила в соответствующих сече-
ниях балки (см. рис. 37);
7бр — момент инерции всего сечения балки относительно
нейтральной оси;
S6p — статический момент площади сечения, лежащей за
рассматриваемым соединительным швом (рядом шпо-
нок), относительно нейтральной оси балки;
ci> са — расстояние между осями соседних шпонок.
56
Рис 37 Схемы к расчету шпонок
С некоторым запасом можно определять по перерезывающей
силе в сечении, расположенном по оси рассматриваемой шпонки.
Для равномерного нагружения одинаковых шпонок их следует
располагать с разным шагом, возрастающим от опоры к середине балки.
Величина шага легко определяется по эпюре Т'. Однако, учитывая,~что
вследствие податливости шпонок действующие на них сдвигающие уси-
лия могут перераспределяться, техническими условиями разрешается
равномерное распределение шпонок по длине балки. При этом среднее
условное значение сдвигающего усилия, действующего на шпонку,
определяется по приближенной формуле
?^_l,5MS6p , (Щ 6)
/бр ПС
где М — расчетный изгибающий момент' в середине пролета
' балки;
пс — число шпонок, равномерно расположенных на полови-
не длины балки.
Остальные значения те же, что и в формуле (II 1.5).
Шпонки и соединяемые ими элементы проверяют на скалывание
и смятие по формулам:
а. На скалывание шпонки (колодки) по ее срединной плоскости
(по линии соединения бревен или брусьев)
----(1И.7)
^СК * СК
где тск — коэффициент условий работы, равный 0,8;
FCK — площадь скалывания шпонки (для рис. 37 FCK = ак Ьк);
— расчетное сопротивление на скалывание шпонки;
57
б. На скалывание соединяемых элементов по площадке между
шпонками
т
^СК Рскэ
^СК’
(III.8)
где FCKe — площадь скалывания соединяемых элементов; для балки,
показанной на рис. 37, Гскэ = с^Ь^,
тск — коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,7;
RCK — расчетное сопротивление на скалывание соединяемых
элементов;
в. На смятие- по площади упора шпонки в элемент
(Ш-9)
гДе Лш—площадь смятия. Для балки, представленной на
рис. 37:
из круглых элементов FCM -у bB hB,
из прямоугольных элементов FCM = bB hB.
Эксцентрично приложенные к шпонке силы Т вызывают момент,
равный
Mc = Th^ ‘ (III.10)
где /1ц — расстояние между центрами тяжести площадок упора
шпонки в соединяемые элементы.
Под действием этого момента шпонка стремится повернуться. Ее от
поворота должны удерживать реактивные силы Z, которые согласно
техническим условиям считаются приложенными по концам шпонки
(см. рис. 37). В действительности они несколько смещены к оси шпон-
ки, поскольку реактивные напряжения распределены на некоторой
ее длине.
Сила
(Hi.il)
Як
На эту силу рассчитывают болты, стягивающие соединяемые эле-
менты (один или два болта на колодку).
Клееные балки рассчитывают как монолитные без учета податливо-
сти клеевых швов. Благодаря рассредоточению дефектов древесины и
упрочняющему влиянию клеевых швов древесина в клееных элементах
имеет повышенное сопротивление разрушению под действием нагрузки.
Поэтому расчетные сопротивления для клееных конструкций прини-
маются несколько большими, чем для обычной древесины.
Расчет клееных балок на прочность по нормальным напряжениям
производят с учетом коэффициентов условий работы по формуле
^ПТ ШВ /77ф
(III. 12)
5§
где 1FHT — момент сопротивления нетто рассматриваемого сече-
ния;
тф—коэффициент условий работы, зависящий от формы се-
чения и принимаемый для балок прямоугольного сече-
ния равным 1,0, а для балок двутаврового сечения в за-
висимости от отношения толщины стенки Ьст к ширине
полки Ьп:
bc,ilbti т<р
1/2..........................0,90
1/3..........................0,80
1/4..........................0,75
тв — коэффициент условий работы балки в зависимости от
размеров сечения:
Высота балки, см Ширина До 14 балки, см 14 и более
До 50 1,00 1,15
60 0,95 1,05
70 0,90 0,95
80 0,85 0,90
90 0,80 0,85
100 и более 0,75 0,80
7?и — расчетное сопротивление на изгиб клееной древесины.
При расчете клеефанерных балок, состоящих из материалов с раз-
ными модулями упругости (обычная древесина и бакелизированная
фанера, древесный пластик и железобетон и_т. п.), пользуются услов-
ным приведенным сечением, в котором геометрические характери-
стики приведены к одному из составляющих балку материалов. При
этом коэффициентом приведения является отношение модулей' упру-
гости, входящих в состав балки материалов. Модуль упругости дре-
весины клееных элементов равен приблизительно 100 000 кгс/см2,
бакелизированной фанеры — 160 000 — 180 000 кгс/см2, древесного
слоистого пластика ДСП-Б — 300 000 кгс/см2. _
Например, геометрические характеристики клеефанерной балки,
состоящей из обычной древесины и бакелизированной фанеры, приве-
денные к бакелизированной фанере, определяются по формулам:
£ф £ф
ЛПР 7 | Т Eft тПр
7Ф -/ф + /д"7Г- — 7Д >
Ьф £ф
S5P = S0 + S„-fb = SSp|a-, (111.13)
£ф Еф
59
где ?ф — площади сечения соответственно древесины и фа-
неры;
Еф — модули упругости древесины и фанеры;
/д, 1$ — моменты инерции сечения деревянных и фанерных
элементов балки;
3Д, Зф — статические моменты площади сечения деревянных
И фанерных элементов балки;
F”p, /дР, ЗдР — площадь сечения, момент инерции, статический мо-
мент площади сечения, приведенные к древесине
Для приведенного сечения определяют положение нейтральной оси
Используя приведенные геометрические характеристики сечения, оп-
ределяют напряжения в различных точках элементов, составляющих
балку, и сравнивают их с расчетными сопротивлениями.
Проверку на скалывание клееных и клеефанерных балок выпол-
няют по формуле
X T = (III.14)
/бр&
где S6p — статический момент площади брутто отсекаемой части
сечения относительно нейтральной оси балки (в клеефа-
нерных балках—приведенный к фанере или дереву);
/бр — момент инерции сечения брутто балки (в клеефанерных
балках — приведенный к фанере или дереву);
b — ширина сечения или шва в месте проверки;
^ск — расчетные сопротивления на скалывание при изгибе
проверяемого материала балки.
На скалывание проверяют наиболее напряженные клеевые швы,
а также древесину и фанеру. Стенки из бакелизированной фанеры на
уровне нейтральной оси балки рассчитывают по условному касательно-
му напряжению, умножая 7?ск на коэффициент срф, чем косвенно обес-
печивается запас против выпучивания стенки, по формуле
'"Ф'* <Ш15>
где hQ — расстояние между горизонтальными осями по-
ясов, проходящими через их центры тяжести;
6 — толщина фанерной стенки;
Фф = ( ~ 2 1 — коэффициент, учитывающий запас по устойчиво-
\ ' сти стенки;
а — расстояние в свету между ребрами жесткости;
^ск — расчетное сопротивление на скалывание баке-
лизированной фанеры.
Расчет прогонов и балок по предельным состояниям второй группы
сводится к определению прогибов в середине пролета от временной
нормативной нагрузки (без коэффициентов перегрузки и динамиче-
ского коэффициента) и сравнению их с допускаемыми прогибами.
60
Определение прогибов в середине пролета производят по формуле
f = (in 16)
' 384 £7бр
где т2п — коэффициент, учитывающий влияние податливости со-
единений (шпонок, клеевых швов и т. п ), принимае-
мый равным: для балок на призматических продольных
шпонках — 1,30;
для клееных балок двутаврового сечения—1,2;
для клееных балок прямоугольного сечения — 1,0
Прогиб /, определенный по (III. 16), не должен превышать в дере-
вянных железнодорожных мостах х/4оо Лав автодорожных х/2оо Л
§ 3. Расчет опор
Деревянные опоры рассчитывают на устойчивость против опрокиды-
вания, а элементы опор (стойки, насадки, элементы связей, сваи
и т. п ) — на прочность.
Проверка устойчивости опоры против опрокидывания в попереч-
ном направлении производится на воздействие ветровых нагрузок при
наличии поезда на мосту, а также в предположении его отсутствия.
Кроме того, делается проверка устойчивости опоры против опрокиды-
вания от действия горизонтальных ударов, а в случае расположения
моста на кривой — и от центробежной силы. Поперечную нагрузку от
ударов подвижного состава принимают в виде равномерно распреде-
ленной нагрузки интенсивностью 0,6 тс/м (0,067< тс/м), приложенной
в уровне головки рельса (где К — класс нагрузки). Эта нагрузка
не суммируется ни с ветровой, ни с нагрузкой от центробежной силы.
Горизонтальная нагрузка от центробежной силы для железнодорож-
ных мостов считается приложенной на высоте 2 м от головки рельса.
Эта нагрузка суммируется с ветровой нагрузкой.
Нормативная горизонтальная ветровая нагрузка, действующая на
элементы моста и находящийся на мосту поезд, определяется умноже-
нием нормативной интенсивности ветровой нагрузки qn на соответст-
вующую площадь расчетной ветровой поверхности Fp. Для сквозных
пролетных строений и опор Гр равна площади проекции всех эле-
ментов наветренной фермы на плоскость, перпендикулярную направ-
лению ветра; для прогонов и сплошных балок — площади боковой
поверхности наветренного прогона или балки, а для железнодорож-
ного подвижного состава — площади сплошной полосы высотой 3 м
с центром давления на высоте 2 м от головки рельса. Центры при-
ложения давления ветровой нагрузки на элементы моста совпадают
с центрами тяжести соответствующих площадей.
Расчетные величины давления ветровой нагрузки W получают пу-
тем умножения нормативных значений-на соответствующие коэффи-
циенты перегрузки и сочетаний.
61
Рис. 38 Схемы к расчету опоры против опрокидывания и на прочность ее эле-
ментов
Устойчивость опоры против опрокидывания обеспечивается при
выполнении условия
, (III.17)
^пр
где Л4опр и Л1пр — расчетный и предельный опрокидывающие мо-
менты;
т — коэффициент условий работы, принимаемый
равным 1,0;
kR— коэффициент надежности, принимаемый рав-
ным 1,2.
Расчетный опрокидывающий момент при проверке устойчивости
промежуточной башенной опоры против опрокидывания (рис. 38)
под действием давления ветровых нагрузок IF2, W3 при наличии
на мосту поезда равен
Мопр = W1H1 + + W3H3, (III.18)
где Wj, = пс nql FV1 = nc nq” h^,
1F2 = ncnz71Fp2 = ncnq*h2Li,
W3 = nq* Fps!
62
пс — коэффициент сочетаний, равный для железнодорожных
мостов 0,5;
п — коэффициент перегрузки для ветровой нагрузки, равный
1,5;
7Н — нормативная интенсивность горизонтальной поперечной
ветровой нагрузки, принимаемая согласно указаниям и
действующим нормам;
h2 — высота проезжей части от низа прогона до головки
рельса;
Fp3 — площадь проекции всех элементов наветренной рамы рас-
сматриваемой опоры на плоскость, перпендикулярную
направлению ветра.
Предельный опрокидывающий момент, равный моменту, удерживаю-
щему опору от опрокидывания вокруг, продольной оси в точке Оь
равен * '
Mas> = (J\ + P2 + P^, (Ш. 19)
где Р± — масса порожнего подвижного состава интенсивностью
1 т/м пути на длине с коэффициентом перегрузки и
динамическим коэффициентом, равными 1,0;
Р2 — масса мостового полотна и прогонов на длине с ко-
эффициентом перегрузки 0,9;
Р3 — масса опоры с коэффициентом перегрузки 0,9.
Обеспеченность опоры против опрокидывания при принятой ши-
рине опоры В проверяют подстановкой полученных 7Иопр и Л4пр в вы-
ражение (Ш.‘17).
Аналогичная проверка делается в предположении отсутствия по-
езда на мосту. При этом в выражениях 2Иопр и Л1пр исключаются мо-
менты, вызываемые поездной нагрузкой у и действующей на
поезд ветровой нагрузкой коэффициент сочетаний пс при-
нимается равным 1,0.
Кроме того, Должна быть сделана проверка против опрокидывания
опоры от горизонтальных ударов подвижного состава, а в случае рас-
положения моста на кривой и на центробежную силу.
Подобным образом проверяют опоры против опрокидывания в про-
дольном направлении (проверка достаточности ширины опоры по фа-
саду моста А) от тормозной силы и продольного давления ветра.
Расчет элементов опор начинают с определения действующих
в них усилий. Величину опорного давления на опору или на составляю-
щие ее рамы в балочных мостах определяют по линиям влияния в пред-
положении разрезности прогонов (см. линию влияния опорного давле-
ния на левую раму — л.в.С на рис. 38).
В опорах с вертикальными стойками стойки рассчитывают на основ-
ное сочетание нагрузок (постоянная и вертикальная временная). При
наличии в опоре наклонных стоек, кроме того, делают проверку на
дополнительное сочетание нагрузок. В опорах с вертикальными стой-
ками на горизонтальные силы проверяются укосины.
63
Распределение опорного давления между стойками от вертикаль-
ной нагрузки принимают в предположении разрезности насадки над
стойками. Вертикальная сила Р, приходящаяся на наклонную стой-
ку, раскладывается на горизонтальную составляющую, восприни-
маемую насадкой, и наклонную — стойкой. Поэтому усилие в наклон-
ной стойке равно
S = —, (III.20)
cos а
где а — угол наклона стойки к вертикали.
При дополнительном сочетании нагрузок от действия горизон-
тальных сил (от ветровой нагрузки и от торможения) в элементах опор
возникают дополнительные усилия, которые суммируются с усилия-
ми, получаемыми от нагрузок основного сочетания с учетом коэффи-
циентов сочетания и коэффициентов нагрузок. Усилия в диагона-
лях связей и дополнительные усилия в стойках рамы приближенно
можно определить, предполагая, что момент всех сил относительно
точки О (см рис. 38) уравновешивается реактивными усилиями в сва-
ях, величины которых принимаются-пропорциональными расстояниям
от оси опоры до соответствующих свай.
Прочность элементов опор проверяют по наибольшим усилиям,
полученным при основном и дополнительном сочетаниях нагрузок
Насадку рассчитывают на смятие по Площади опирания ее на стойки
и на изгиб.
Стойки и элементы связей проверяют на прочность по площади нет-
то и на устойчивость формы с учетом понижения несущей способности
центрально сжатого стержня. Элементы связей, кроме того, должны
быть проверены по прочности прикрепления их к стойкам
Сваи рассчитывают на вертикальные силы, передаваемые через стой-
ки рамы Сваи проверяют по смятию опирающейся на них насадки и
по несущей их способности. Несущая способность висячей сваи, рабо-
тающей на осевую сжимающую нагрузку, равна
PG - 0,7m2(PHFc + ^/”/г), (Ш.21)
где — площадь поперечного сечения сваи, м2;
-т’ нормативное сопротивление грунта под нижним концом
сваи, тс/м2;
и — периметр поперечного сечения сваи, м;
f* — нормативное сопротивление f-ro слоя грунта основания
по боковой поверхности сваи, гс/м2,
1г — толщина l-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью сваи, м;
т2 — коэффициент условий работы.
ГЛАВА IV
ПОСТРОЙКА ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
§ 1. Изготовление конструкций деревянных мостов
Индустриализация строительства долговременных деревянных мо-
стов предусматривает изготовление элементов и конструкций на за-
водах и полигонах. Для этой цели используется антисептированная
древесина хвойных пород влажностью до 20%, преимущественно в виде
пиломатериала (брусья, доски).
Требуемая влажность брусьев достигается естественной сушкой
в штабелях в течение 1—2 месяцев. Такая постепенная сушка не вызы-
вает коробления и растрескивания древесины. Для ускорения приме-
няют сушку горячим воздухом (в сушильных камерах), длительность
которой 8—15 суток. Недостаток этого способа — появление трещин
в бревнах и брусьях. Поэтому такой способ рекомендутся применять
для сушки досок и малоразмерных
деталей.
Антисептирование элементов на
заводах производят глубокой про-
питкой маслянистыми антисептика-
ми (креозотом и каменноугольным
маслом) по способу горяче-холод-
ных ванн и путем длительного вы-
мачивания (2—3 суток). По способу
ванн элементы вначале выдержи-
вают в антисептике с температурой
80—95° С в течение 3—4 ч, а затем
погружают в антисептик с темпе-
ратурой 30—40° С на 2—3 ч.
Процессу антисептирования
предшествует изготовление элемен-
тов конструкций, которое произ-
водится на деревообрабатывающих
станках: лесопильных рамах, стро-
гальных, фрезерных и сверлильных
станках. Рамы собирают в лежа-
чем положении (на плазу).
Для обеспечения проектных раз-
меров конструкции применяют про-
стейшие шаблоны (рис. 39). Поло-
жение каждого элемента рамы^на-
садок, стоек) фиксируется упорами
и закрепляется клиньями.
3 Зар, 129$
Рис. 39. Шаблон для изготовления
рамы опоры балочного моста:
1—3 — упоры; 4, 5 — клинья
Рис 40 Сборка пакета на гибких
шпонках:
1 — хомут; 2 шпонка
65
Пакеты на гибких металлических шпонках собирают из антисеп-
тированных брусьев на стеллажах (рис. 40). Концы брусьев скрепляют
хомутами 1, между пакетами вставляется распорка, придающая па-
кетам проектный строительный подъем. Прорези для шпонок 2 обра-
зуют-сразу в двух смежных брусьях электродолбежником, после че-
го в них забивают пластинки шпонок. Это обеспечивает плотность
соединения и равномерное распределение усилий между шпонками.
§2. Постройка мостов
Монтаж сборных опор из готовых элементов ведется на оси моста
на легких подмостях 1 в уровне насадок забитых свай в горизонталь-
ном положении (рис. 41).
Для соединения элементов применяют поковки: болты, нагели,
штыри и др. Врубок в сборных антисептированных конструкциях
не делают. Собранные рамы устанавливают в проектное положение
стреловым краном и временно раскрепляют подкосами 2 из досок на
гвоздях.
.Пролетные строения балочного моста (прогоны или пакеты) мон-
тируют вместе с мостовым полотном на готовой насыпи подхода или на
подмостях рядом с мостом, укладывают на опоры краном и при-
соединяют к насадкам рам поковками.
Башенные опоры средних и больших мостов собирают на ’берегу,
после чего транспортируют и устанавливают на свайный фундамент
плавучим краном (рис, 42).
Кратковременные деревянные мосты строят, как правило, из дре-
весины воздушной сушки без антисептирования элементов. Элементами
Рис. 41. Сборка и установка рам балочного моста:
1 подмосты; 2 —< подкосу
66
слу&йт не только брусья, но и
бревна, что усложняет образование
врубок, но сокращает сроки по-
стройки и не требует распиловки
бревен.
Свайные опоры сооружают из
отдельных элементов.
Мосты подкосной системы со-
оружают на свайных опорах из от-
дельных элементов: стоек, подушек,
схваток, подкосов, прогонов и т. п.
с изготовлением и подгонкой вру-
бок на месте, для чего требуются
высококвалифицированные плотники, которым поручается изготов-
ление наиболее сложных врубок (затяжка-стойки, подкос-подушка
И Др.).
Для размещения рабочих и элементов конструкции (подушек,
подкосов и т. п.) сооружают легкие подмости.
После подгонки элементов производят антисептирование наиболее
уязвимых для гниения мест — сопряжений элементов —путем нанесе-
ния битумной суперобмазки, состоящей из 40—50% фтористого на-
трия, 15—20% нефтебитума, 25—30% зеленого мыла и 5% древесных
опилок. Перед употреблением обмазку нагревают до 60° С. После на-
несения обмазки узел конструкции собирают и сплачивают поковка-
ми, после чего щели и трещины вторично заполняют обмазкой.
Сваи на уровне земли и меженных вод (в пределах зоны перемен-
ной влажности) защищают бандажами из руберойда, мешковины,
брезента, покрытых суперобмазкой и прикрепленных к древесине
проволокой, гвоздями. Снаружи бандаж покрывают слоем горячего
битума. Хорошо растворимый в воде фтористый натрий при увлаж-
нении проникает в древесину путем диффузии и защищает ее от за-
гнивания в течение 8—10 лет.
При постройке малых временных балочных автодорожных мостов
па подъездах к строящейся железной дороге в условиях вечной
мерзлоты или на скалистом основании могут применяться стоечные
опоры на ряжевом фундаменте. Котлован глубиной 1,0—1,5 м в зим-
ний период может быть разработан даже в пределах действующего
водотока способом вымораживания.
Ряж, представляющий собой сруб из бревен, изготовляют вбли-
зи котлована на суходоле или на берегу водотока. В ряже, высо-
той равной глубине котлована, заделывают стойки с диагональны-
ми связями и насадкой. Готовую опору устанавливают в котлован
стреловым краном или лебедкой с полиспастом и заполняют камнем.
Пролетное строение и мостовое полотно монтируют обычным спо-
собом.
ГЛАВА V
КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТРУБ1
§ 1. Общие сведения
Трубой называется малое искусственное сооружение, расположенное
в теле насыпи поперек оси пути и предназначенное для пропуска не-
больших расходов воды (обычно не более 20 м3/с).
Наибольший расход воды проходит через трубу во время павод-
ков1. Поэтому основная характеристика трубы — ее отверстие — опре-
деляется гидравлическим расчетом так, чтобы в паводок в самой трубе,
а также при входе в трубу и выходе из нее не возникало недопустимых
скоростей движения воды, которые могли бы привести к повреждению
трубы, насыпи и к размыву грунта около трубы.
Пропускную способность трубы (максимальный расход воды, ко-
торый труба может пропустить в паводок) можно существенно повы-
сить, не увеличивая отверстия, путем назначения рациональной фор-
мы поперечного сечения трубы, а также формы устройств, вводящих
воду в трубу и выводящих ее (оголовков), и уменьшением шерохова-
тости русла в трубе.
В отличие от моста труба имеет высоту, зависящую от горизонта
воды и не зависящую от высоты насыпи; длина трубы зависит от ши-
рины насыпи и ее основания. При малом отверстии трубы более
экономичны, чем мосты, если высота насыпи не слишком мала.
С увеличением высоты насыпи выгодность применения труб по срав-
нению с мостами возрастает.
Эксплуатация труб проще, чем мостов. Кроме того, путь над тру-
бой находится в тех же условиях, что и рядом на насыпи, что тоже
можно считать достоинством трубы по сравнению с малым мостом.
Трубы менее, чем мосты, чувствительны к возрастанию временных
нагрузок. Давление от временных нагрузок, действующее на насыпь,
распределяется в ее теле и доходит до трубы ослабленным. Динамиче-
ское воздействие временных нагрузок гасится в насыпи.
Благодаря технико-экономическим достоинствам трубы являются
очень распространенным видом сооружений на дорогах. Так, на
новостройках число труб составляет до 70% общего числа искус-
ственных сооружений. Строительная стоимость, а также эксплуа-
тационные затраты меньше по сравнению с теми же показателями для
мостов. Однако реконструкция, усиление и особенно устранение оши-
бок проектирования труб обходятся дороже и сложнее, чем для мостов.
Поэтому, несмотря на сравнительную простоту конструкции, трубы
требуют от проектировщика самого серьезного внимания, а от инжене-
1 Глава V написана проф. Н. Н. Богдановым и проф. С. А. Поповым.
68
ра-сТрбиТеЛя — хорошего зйанйя их конструкции и особенностей экс-
плуатации.
Классификация труб. По гидравлическому признаку трубы быва-
ют безнапорными (наиболее распространены; в них вода заполняет
не все сечение), напорными, работающими полным сечением; полуна-
порными, при входе в которые вода заполняет все сечение, а на части
длины и у выхода имеет свободную поверхность.
По материалу трубы могут быть деревянными (в качестве постоян-
ных сооружений они запрещены и применяются лишь для временно-
го использования), каменными, бетонными, железобетонными, метал-
лическими.
По числу отверстий трубы подразделяются на одно-, двух-, реже
трех- и четырехочковые. По форме отверстия трубы бывают овоидаль-
ными, круглыми, прямоугольными, каплевидными; по способу по-
стройки — изготовляемыми на месте (монолитными) или сборными из
готовых блоков.
По конструкции трубы подразделяются на имеющие фундаменты
(под железными дорогами) и бесфундаментные (под автодорогу на
несжимаемых дренирующих грунтах).
Основной частью безнапорной трубы (рис. 43) являются звенья,
воспринимающие давление грунта насыпи и расположенной на ней
временной нагрузки. В средней части трубы давление больше, и
звенья должны быть более мощными, но в целях стандартизации их
делают часто одинаковой конструкции на всей длине трубы.
При входе в трубу и выходе из нее устраиваются оголовки. Они
плавно вводят водный поток в трубу и выводят его из трубы. Благодаря
оголовкам снижается сопротивление движению воды и повышается
пропускная способность трубы, а также уменьшается опасность размы-
ва насыпи и русла.
( Звенья и оголовки обычно устанавливают на фундаменты. При на-
личии фундаментов уменьшаются осадки звеньев во время эксплуата-
ции и деформации трубы вследствие пучения грунтов основания. На-
грузки, действующие на трубу, в середине ее длины больше, чем у кон-
цов;' поэтому и осадки средней части трубы больше, чем у оголовков.
Рис. 43. Конструктивные части трубы:
/ — входной оголовок, 2 — звенья; 3 — выходной оголовок; 4 — фундамент
69
Трубу делят на секции деформационными швами, чтобы в результате
неравномерной осадки не мог произойти излом трубы. Длина секций
принимается не более 5 м; при длине, превышающей 3 м, требу-
ется проверка прочности трубы при ее изгибе в плоскости оси
трубы.
Фундаменты под оголовками обычно имеют большую глубину за-
ложения, чем под остальной частью трубы, потому что здесь больше
глубина промерзания грунта, чем под насыпью, и, кроме того, сущест-
вует опасность подмыва.
При надлежащих условиях (дренирующие грунты основания, низ-
кий уровень грунтовых вод в период отрицательных температур) фун-
даменты могут быть заменены подушкой из дренирующего грунта.
Такие бесфундаментные трубы при благоприятных геологических усло-
виях можно применять для труб малого диаметра под автомобильную
дорогу при работе их в безнапорном режиме.
Швы между звеньями трубы должны быть хорошо изолированы,
чтобы вода из трубы не могла просачиваться в насыпь; это могло бы
вызвать опасное разжижение грунта насыпи. С другой стороны, вода
из насыпи не должна проникать в кладку трубы, чтобы не происходи-
ло выщелачивания и разрушения кладки. С этой целью по поверхности
трубы, соприкасающейся с грунтом насыпи, устраивают гидроизо-
ляцию.
Русло водотока у входа в трубу и выхода из нее защищают от раз-
мыва каменным мощением. В особенности опасен размыв у выхода из
трубы, где скорости течения выше. Здесь мощение делают усиленным
или даже устраивают рисберму, т. е. делают углубление, заполняе-
мое камнем. ~~
• Дно трубы оформляют в виде лотка, имеющего продольный уклон.
Поверхности лотка придают строительный подъем по круговой кри-
вой со стрелкой, равной х/40—х4о от высоты насыпи, чтобы после
осадки звеньев трубы на лотке не могла застаиваться вода.
В безнапорных трубах возвышение верхней точки внутренней по-
верхности трубы над поверхностью воды при расчетном расходе при
высоте трубы до 3 м должно быть не менее 25% от высоты трубы, если
сечение трубы круглое или сводчатое, и не менее х/6 высоты трубы,
если сечение прямоугольное.
На пересеченных местностях при значительных продольных укло-
нах подводящих русел и больших скоростях периодических потоков
возможно образование наносов перед входными отверстиями труб или
в начале их. Чтобы не образовывались наносы, в проекте предусматри-
вают пропуск потока без резкого снижения его скорости перед соору-
жением. Это достигается увеличением отверстия и сохранением есте-
ственного уклона, а также очисткой подводящего русла от продуктов
разрушения горных пород и ограждением входа в трубу от засорения
плывущими предметами.
В суровых климатических условиях на постоянных водотоках
и при высоком расположении грунтовых вод в трубах могут образо-
ваться наледи, уменьшающие отверстие трубы. Способы борьбы с на-
ледями приведены в §5 главы XXIII.
70
Рис. 44. Каменные трубы:
- овоидальная; б — свод на устоях
Величину отверстия трубы для удобства ее очистки и эксплуатации,
как правило, принимают не менее 1 м. На автодорогах разрешается
использовать трубы отверстием 0,75 и 0,5 м. Наибольшее отверстие
применяющихся в настоящее время стандартных труб с железобетон-
ными круглыми звеньями — 2 м. В случае необходимости можно сде-
лать двухочковую или даже многоочковую трубу, уложив рядом два
или более стандартных звена.
Звенья каменных труб в поперечном сечении иногда имеют овоидальную
форму, что позволяет придать своду таких звеньев очертание по кривой давления
(рис. 44, а). Применялись и каменные трубы прямоугольного сечения с перекры-
тием отверстия сводом. Такие трубы предпочтительнее по пропускной способ-
ности (рис. 44, б). Сводчатая конструкция каменных труб обусловлена свойствами
материала—каменной кладки, плохо сопротивляющейся растяжению. Аналогич-
ную конструкцию имеют и бетонные (неармированные) трубы. Большим недостат-
ком таких каменных и бетонных труб является трудность индустриализации
строительства. Применение труб сборной конструкции из мелких бетонных
блоков лишь в небольшой степени устраняло этот недостаток Поэтому в на-
стоящее время каменных и бетонных труб рассмотренного типа не строят, но они
имеются в большом количестве на действующих железных дорогах.
Металлические трубы из волнистой стали имеют много достоинств.
Звенья таких труб делают круглого поперечного сечения, причем стен-
ка представляет собой стальной лист толщиной 1—2 мм, имеющий в
разрезе волнистое очертание с шагом волны 60 мм. Такое звено обла-
дает большой гибкостью; под действием вертикальной нагрузки в ус-
ловиях всестороннего сжатия звено может воспринять значительную
нагрузку. Это свойство гибких стальных звеньев позволяет сделать
их весьма экономичными. Кроме того, звенья получаются легкими, они
целиком изготовляются на заводе и без затруднений могут быть уста-
новлены на место (звено диаметром 1 м и такой же длины имеет массу
71
Рис. 45. Труба из волнистой стали
около 40 кг). За рубежом
применяют такие'трубы кап-
левидного сечения отверстием
до 2,6 м.
При осадках основания
трубы звенья из волнистой
стали легко деформируются
без повреждений. В боль-
шинстве случаев фундаменты
устраивали только под ого-
ловками таких труб. На всем
остальном протяжении мож-
но было ограничиться пес-
чаной или гравийной подуш-
кой небольшой толщины
(рис. 45).
Недостатком стальных
труб является необходи-
мость применения для них
специальных сортов стали,
стойких против коррозии, а также необходимость в специальном
оборудовании для их изготовления.
В настоящее время строят в основном трубы из сборных бетонных
и железобетонных блоков.
§ 2. Конструкция сборных железобетонных и бетонных труб
Звенья сборных железобетонных и бетонных труб применялись ово-
идального, круглого и прямоугольного поперечного сечения.
Овоидальное сечение повторяет формы каменных труб. Армирова-
ние позволяет сделать стенки звена небольшой толщины. Так как ось
очерчена по кривой, близкой к кривой давления, моменты в стенке
звена невелики, сечение работает на внецентренное сжатие, поэтому
арматуры требуется немного. Однако звенья овоидального сечения
труднее изготовлять в заводских условиях, чем прямоугольные и в
особенности круглые звенья, труднее перевозить и монтировать. В на-
стоящее время их не применяют.
Круглые железобетонные трубы сейчас наиболее распространены.
Их звенья выполняют в виде колец длиной 1—2 м. Кольца воспри-
нимают вертикальное и горизонтальное давление Грунта насыпи. По-
скольку вертикальное давление больше, верхняя и нижняя части коль-
ца будут прогибаться внутрь, а боковые части — наружу. Поэтому
необходимо в верхней и нижней частях иметь рабочую арматуру у
внутренней поверхности кольца, а в боковых частях — у наружной
поверхности (рис. 46). Для упрощения конструкции арматурного кар-
каса, а также для того, чтобы при установке звена не быть связанным
определенным положением кольца в насыпи, арматуру звеньев делают
двойной, обеспечивающей работу звена на момент любого знака.
Внутренний диаметр звеньев может быть от 0,5 до 2 м. Толщина
звена при одном и том же отверстии может приниматься различной
в зависимости от величины нагрузки, действующей на звено, т. е. от
высоты насыпи и от назначения дороги (железная или автомобиль-
ная).
Звенья труб обычного исполнения выполняют из железобетона
марки М200 (толщина стенок от 10 см при диаметре 1 м и до 20 см при
диаметре 2 м и высоте насыпи до 8 м под железную дорогу) и арми-
руют сварными арматурными каркасами, изготовляемыми на спе-
циальных сварочно-навивочных машинах контактно-точечной сваркой.
Арматурный каркас каждого звена трубы (рис. 47) состоит из наружной и
внутренней спиралей арматуры диаметром 8 или 10 мм с приваренными к ним
стержнями распределительной арматуры диаметром 6 мм. Каждая спираль из-
готовляется из арматурной стали класса А-П (марки В Ст 5) или класса А-Ш
(марок 25Г2С или 35ГС) с навивкой на распределительные стержни и точечной
сваркой в ними в каждом пересечении.
Наружная и внутренняя спирали соединяются между собой арматурными
серьгами, образуя пространственный арматурный каркас звена трубы. Серьги
к спиралям или привязывают, или приваривают контактно-точечной сваркой
сварочными клещами).
Круглые трубы могут быть одно-, двух- и трехочковыми (рис. 48).
В северной строительно-климатической зоне1 не допускается уста-
новка звеньев, армированных сварными каркасами из стали классов
А-П и А-Ш марок В Ст 5 и 25Г2С в сооружениях, эксплуатируемых при
расчетной температуре ниже — 40° С, а при арматурных каркасах
из стали марки 35ГС — при температуре ниже — 30° С. В этих усло-
виях каркасы связывают вязальной проволокой.
При малых диаметрах звеньев—0,5 и 0,75 см, — применяемых для
труб под автомобильные дороги в обычных условиях, звенья можно
делать бетонными неармированными. В этом случае в бетоне допускают
небольшие растягивающие напряжения под нагрузкой.
Для северных районов Ленгипротрансмостом разработаны типовые
проекты сборных бетонных и железобетонных труб круглого и прямо-
угольного сечений для железных и автомобильных дорог под на-
грузки С14, ИЗО и НК-80 отверстием от 1 до 4 м при расчетной темпе-
ратуре — 40° С и ниже, глубоком сезонном промерзании (от 2 до 4 м),
наледях, пучинных грунтах и расчетной сейсмичности до 8 баллов
включительно. Конструкцию
этих труб рассмотрим на при- мере труб прямоугольного сечения (рис. 49). Для пучинистых грунтов применена сборно-монолитная • конструкция фундамента тру- бы, состоящая из двух же- лезобетонных стенок длиной на секцию, располагаемых i Границы климатических зон приведены в СНиП ПА—6 —71. Рис. 46. Деформация сечения круглой тру- бы и теоретическое положение рабочей ар- матуры
73
Рис. 48 Конструкция круглых труб обычного исполнения
74
Бпе36,в7
49. Конструкция прямоугольной сборной трубы
75
вдоль оси трубы. Пространство между секциями в средней части
трубы заполняют монолитным бетоном марки 200. Глубину заложения
фундаментов назначают в зависимости от глубины промерзания грунта:
при глубине промерзания 2 м — не менее 0,8—1,0 м, при глубине
промерзания до 4 м— не менее 1—2 м (большее заложение соответ-
ствует отверстию 4 м). При скальных грунтах глубина заложения
в северных районах принимается как для обычных условий.
Прямоугольные звенья (рис. 50) представляют собой замкнутые
рамы, все стенки и плиты которых под действием вертикального и го-
ризонтального давлений грунта насыпи и вертикального реактивного
давления основания прогибаются внутрь. В середине их пролетов рас-
тянутое волокно расположено у внутренней грани сечения, а у уг-
лов рамы, где изгибающий момент отрицателен, — возле наружной
грани. В связи с этим ранее стенки звеньев армировали стержнями,
отогнутыми в углах рамы в соответствии с эпюрой изгибающих мо-
ментов, а теперь армируют двойными сетками с дополнительным ар-
мированием вутов.
В проекте «северного» исполнения разрешается применение в двух-
очковых трубах тех же звеньев, что и в одноочковых (рис. 50, а),
при условии тщательного заполнения шва между стенками смежных
звеньев.
Звенья труб могут быть установлены в насыпи следующей высоты:
под железную дорогу при обычных грунтах — от 3 до 19 м, а при
скальных грунтах или свайных фундаментах — от 3 до 18 м;
под автодорогу — от 5 до 20 м. Звенья изготовляют из бетона
М300 морозостойкостью не ниже Мрз 300 и водонепроницаемостью по
ГОСТ 4795—68 при расходе цемента не более 450 кг/м3 и собирают
в секции длиной вдоль трубы 3 или 4 м (рис. 50, б).
При заводском изготовлении звеньев их арматурный каркас выполняют
из арматуры периодического- профиля и скрепляют вязальной проволокой или
контактно-точечной сваркой.
Рис. 50. Сборная прямоугольная труфа:
76
Рис. 51. Секция трубы со стенками из сборных блоков и железобетонной плитой
Арматурный каркас собирают из отдельных сеток, поставленных попарно
в стенки и плиты звена. Для армированных наружных волокон углов звена на-
ружные сетки верхней и нижней плит имеют удлиненные поперечные стержни,
отгибаемые после изготовления сетки под прямым углом. В углах, кроме того,
поставлены наклонные стержни, армирующие вуты и не входящие в состав се-
ток.
Прямоугольные трубы описанной конструкции применяют на пе-
риодически действующих водотоках с агрессивными водами в север-
ных районах. Их можно применять и для вечномерзлых грунтов, если
грунты не распучены (при оттаивании не просадочны) и имеют доста-
точную несущую способность в оттаявшем состоянии. Для талых и сла-
бых грунтов трубы проектируют на свайных фундаментах.
На постоянных водотоках и при отверстиях, превышающих 4 м,
применяют прямоугольные трубы, стенки и фундамент которых со-
стоит из-бетонных блоков; верхняя плита, работающая на изгиб под
большими вертикальными нагрузками, выполнена из железобетона
(рис. 51). Железобетонная плита перекрывает отверстие 5 м и слу-
жит распоркой между стенками, работая на сжатие от горизонтальных
нагрузок, приложенных к стенкам. Лоток трубы делают из бетона,
укладываемого на месте. Под лотком в обычном климате делают пес-
чаную подготовку, а стены опирают на раздельные фундаменты. В «се-
верном» исполнении лоток опирают на сплошной фундамент из
блоков без песчаной подготовки. Плиту покрывают изоляцией.
На постоянных водотоках применяют бетонные трубы, так как
постоянное воздействие воды на тонкостенные железобетонные звенья
нежелательно из-за коррозии арматуры.
Типы оголовков труб. В настоящее время строят водопропускные
трубы с оголовками следующих типов:
портальный оголовок, представляющий собой вертикальную стен-
ку, расположенную параллельно оси насыпи; в состав оголовка вхо-
дят конусы насыпи, укрепленные каменным мощением (рис. 52, а);
77
оголовок коридорного типа, состоящий из двух параллельных
вертикальных стенок, имеющих на концах закругления; такой оголо-
вок обеспечивает перепад воды в пределах оголовка до звеньев трубы,
из этого условия определяют длину и высоту стенок (рис. 52, б);
воротниковый оголовок, представляющий собой звено трубы
с небольшим утолщением, срезанное параллельно откосу насыпи
(рис. 52, в);
раструбный оголовок, боковые стенки которого (откосные крылья)
в верхней части срезаны по откосу насыпи (рис. 52, а);
раструбный оголовок с коническим звеном, в пределах которого
располагается перепад (рис. 52, д).
Если входной оголовок выполнен по типам, показанным на рис. 52,а,
в_или а, то перепад горизонта воды будет находиться в трубе. Поэтому
эти типы оголовков часто используют в сочетании с повышенным пер-
вым звеном.
При выборе типа оголовка следует учитывать его влияние на во-
допропускную способность трубы. Чем меньшее сопротивление потоку
воды оказывает оголовок, тем плавнее вода входит в трубу и тем боль-
ший расход воды может обеспечить труба при прочих равных усло-
виях. С этой точки зрения применение портальных и воротниковых
оголовков нежелательно, по крайней мере в качестве входных.
Коридорный и раструбный оголовки по гидравлическим свойст-
вам мало отличаются друг от друга. Экономически более выгодны
раструбные оголовки, даже если учесть необходимость в повышенном
звене при раструбном оголовке. Еще более благоприятные условия
входа воды в трубу создает раструбный оголовок в сочетании с пер-
вым звеном конической формы.
Для сборных железобетонных труб под автодорогу в обычном климате при-
меняют оголовки раструбного типа (рис. 53) Отверстие трубы 1,5 м, звенья круг-
лого сечения. Глубина промерзания равна 2 м, поэтому под оголовком грунт
основания на глубину. 2,25 м заменен дренирующей малосжимаемой песчано-
гравийной подготовкой. Оголовок "собран из железобетонных монтажных эле-
ментов: конического первого звена I, поперечной стенки 2 и откосных крыль-
ев 3.
Коническое звено имеет внутренний диаметр у входа, равный 1,8 м. Ниж-
няя образующая внутренней поверхности звена горизонтальна. Поперечная
стенка имеет внизу уширение для улучшения условий опирания ее на грунт.
Лоток трубы за пределами конического звена выполнен из бетона, укладывае-
мого на месте.
Для труб под железную дорогу, являющихся более ответственными
сооружениями, под оголовками в обычном климате устраивают фун-
дамент из сборных бетонных блоков (рис. 54). Откосные крылья, име-
ющие значительные размеры, разделены монтажным шврм на две
части для уменьшения массы монтажных блоков. Вертикальная стен-
ка оголовка двухочковой трубы составлена из двух стандартных мон-
тажных элементов, которые применяют и при образовании оголовков
одноочковой трубы отверстием 2,0 м.
Входной и выходной оголовки железобетонных труб'со звеньями
прямоугольнрго поперечного сечения под насыпью автомобильной до-
роги выполняют обычно раструбными. Они могут быть на общем фун-
78
Рис. 52. Типы оголовков труб:
а — портальный; б — коридорный; в — воротниковый, г — раструбный, д — раструбный с ко-
Рис. 53. Сборрый железобетонный. оголовок круглой трубы под автомобильную
дорогу
79
даменте с крыльями или крылья раструба делают на особом фун-
даменте, а в обычном климате иногда и без фундамента (на подготов-
ке из гравия).
В северной строительно-климатической зоне оголовки труб про-
ектируют с параллельными откосными крыльями, срезанными по от-
косу насыпи: для труб отверстием 1—2,5 м — с нормальным или
повышенным звеньями на входе и с нормальным звеном на выходе из
трубы; при отверстии 3—4 м на входе^и^выходе ставят нормальные
звенья.
Оголовочная часть прямоугольной трубы под железную дорогу отверстием
3 м при глубине промерзания 4 м (рис. 55) состоит в «северном» исполнении из
двух откосных крыльев и трех оголовочных секций. Откосные крылья и фунда-
мент первой оголовочной секции закладывают в грунт на 0,25 м глубже расчет-
ной глубины промерзания. Переход от глубины заложения первой секции к глу-
бине заложения последующих делают уступами высотой не более 1 м. Первая ого-
ловочная секция снабжена противопучинными блоками с анкерным выступом.
Откосные крылья запроектированы сборными из двух блоков таврового сечения,
объединенных в продольном направлении.. Часть насыпи в районе откосных
крыльев и первой оголовочной секции отсыпают дренирующим грунтом. Блоки
делают из бетона М200 морозостойкостью не ниже Мрз 300. Арматура блоков —
та же, что и прямоугольных звеньев.
Обычно ось трубы перпендикулярна оси дороги, но возможны и
косые трубы (при пересечении глубокого оврага). В этом случае при-
меняют или переходные звенья с лицевой гранью, параллельной оси
пути, или специальные оголовки с лицевой гранью, перпендикулярной
оси трубы. Первое решение позволяет применять стандартные оголов*
ки, но приводит к искривлению потока и уменьшению пропускной спо*
собности трубы. Второе дает трубу с улучшенными гидравлическими
свойствами, но требует устройства нестандартных оголовков.
Фундаменты и изоляция труб. В обычном климате круглые звенья
труб диаметром до 1 м под автодорогами можно при скальных щебеноч-
ных и гравелистых грунтах укладывать прямо на грунт (рис. 56, а).
В глинистых грунтах, мелких и рыхлых песках круглые звенья диа-
метром до 1,5 м при высоте насыпи до 4 м можно укладывать на подго-
товку из дренирующей песчано-гравийной смеси (рис. 56, б). Проек-
тируя трубу, следует иметь в виду, что уровень грунтовых вод в пе-
риод отрицательных температур должен находиться ниже этой под-
готовки на 0,3 м, иначе труба будет деформирована при замерзании
воды, насыщающей подготовку.
Если в основании залегают пластичные глины, суглинки или су-
песи, то железобетонные звенья труб под насыпями автодорог уклады-
вают на лекальные железобетонные блоки или на монолитные фунда-
менты (рис. 56, в). Фундаменты из мелких сборных блоков не рекомен-
дуют, так как они больше подвержены деформациям (рис. 56, д).
Звенья прямоугольных труб в обычном климате укладывают на
фундаменты из сборных блоков или из монолитного бетона. Лишь на
скальном основании можно вместо фундамента уложить выравниваю-
щий слой бетона толщиной 10 см.
Под железную дорогу трубы без фундаментов не проектируют
в связи с опасностью деформации труб под воздействием временной
80
Фасад
Д А
Рис. 54. Оголовок двухочковой трубы из круглых
звеньев под железную дорогу
нагрузки. Фундаменты под такие трубы в обычном климате при наи-
более благоприятных условиях (скальные, гравелистые и крупнозер-
нистые пески, твердые глины и суглинки с расчетным сопротивлением
не ниже 3,5 кгс/см2 при низком уровне грунтовых вод) можно выпол-
нять в виде лекальных блоков по рис. 56, в.
При малом отверстии трубы (до 2—3 м) в обычных условиях и при
любом отверстии в «северном» исполнении под обе стенки устраивают
общий фундамент; при больших отверстиях в обычном климате фун-
дамент делают раздельным под каждую сменку.
В северной строительно-климатической зоне под лекальными бло-
ками труб под железную и автомобильную дороги предусматривают
дополнительный фундамент из бетонных (железобетонных) блоков или
из монолитного бетона (рис. 56, г). В типовых проектах для этой зоны
предусмотрены сборно-монолитные фундаменты. Они состоят из же-
лезобетонных боковых блоков Т-образной или Г-образной формы,
устанавливаемых по контуру фундамента. Пространство между кон-
турными блоками заполняют монолитным бетоном марки М200. Же-
лезобетонные блоки также выполняют из бетона М200 морозостой-
костью Мрз 300 с арматурой периодического профиля или гладкой.
Арматурный каркас фундаментных блоков скрепляют контактно-точеч-
ной сваркой или вязальной проволокой.
По типовым проектам «северного» исполнения трубы работают на
довольно жестком фундаменте. Эта жесткость в случае необходимости
Рис. 56. Способы укладки звеньев труб круглого сечения:
а — без фундамента; б — на гравийную подготовку; в — на лекальный блок; а — на сборно-
монолитный фундамент, б—на фундамент из мелких блоков (показана деформация фунда-
мента)
82
Я7 j j 95 | -?*п53 j ЯГ ] ?/Z7 J yj j т 210 _ ] УУJ
может быть повышена, например, устройством свайного основания. При
этом нужно иметь в виду, что повышение жесткости основания способ-
ствует увеличению усилий, действующих в звеньях трубы.
Серьезным осложнением работы труб в северной зоне является воз-
можность появления продольных растяжений в конструкции трубы,
возникающих от неустойчивости насыпи и ее основания и приводящих
иногда к разрыву трубы. Одной из мер против растяжения трубы яв-
ляется устройство свайного фундамента (рис. 57).
Фундаменты под оголовками всегда должны иметь более надежную
конструкцию, чем под звеньями, так как они подвержены действию
воды, входящей в трубу или выходящей из нее; к тому же основание
оголовков не защищено от промерзания телом насыпи. Поэтому в тру-
бах обычного исполнения под автодорогу блоки оголовка заглубляют
в грунт, а грунт под оголовком заменяют песчано-гравийной подготов-
кой на глубину промерзания плюс 25 см (см. рис. 53). В трубах под
железную дорогу в обычном климате оголовки ставят на фундаменты
из бетонных блоков или монолитные с аналогичным заглублением
(см. рис. 54).
Для повышения анкерующей способности фундамента оголовочной
секции и откосных крыльев труб «северного» исполнения против сил
морозного пучения предусмотрена засыпка котлована на высоту не
менее половины глубины заложения фундамента, назначенной по рас-
четной глубине промерзания, смесью щебня с песком с тщательным
послойным (10—15 см) уплотнением. При скальных, гравелистых и
крупнопесчаных грунтах основания глубину заложения фундаментов
первой оголовочной секции и откосных крыльев принимают независи-
мо от глубины промерзания.
Наружная изоляция звеньев труб может быть обмазочной или ок-
леенной. Оклеенная изоляция более надежно защищает трубу от про-
никновения воды в бетон звеньев, чем обмазоч-
ная, но устройство ее сложнее и стоимость
выше. Поэтому для звеньев заводского изготов-
ления из плотного бетона, прошедших заводские
испытания на водонепроницаемость, можно при-
менять обмазочную изоляцию для всех труб в
обычном климате и для автодорожных труб в
северных условиях (на тепломорозостойком би-
туме типа «Пластбит»).
Обмазочная гидроизоляция (рис. 58, а) со-
стоит из двух слоев битумной мастики, наноси-
мых толщиной 1,5—3 мм на поверхность звеньев
в холодном или горячем состоянии по подготов-
ке из битумного лака.
Оклеечная гидроизоляция (рис. 58, б) в
обычном климате делается из двух слоев стекло-
ткани или битумизированной ткани, приклеен-
ных к поверхности звена трубы, покрытой би-
тумным лаком, при помощи горячей асбестоби-
тумной мастики, которую укладывают между
84
Рис. 59. Изоляция шва между звеньями:
а — при оклеенной, б — при обмазочной
слоями ткани и поверх изоляции. Сверху устраивают защитный слой
из цементного раствора толщиной 3 см для предохранения изоляции
от повреждения.
В северной строительно-климатической зоне для железнодорожных
труб применяют только оклеенную изоляцию из двух слоев стекло-
ткани марок ССШ или ССТЭ-6 по ГОСТ 8481—61 между тремя слоями
мастики на тепломорозостойком битуме. Защитный слой толщиной
3 см делают из цементного раствора Ml 50 и армируют его металличе-
ской сеткой, а гидроизоляцию стенок защищают кирпичной кладкой
в полкирпича.
Стыки звеньев (рис. 59) изолируют от просачивания воды из
трубы в насыпь, заполняя их с обеих сторон пропитанной в битуме
паклей. С наружной стороны швов по слою горячей битумной мастики
наклеивают гидроизоляцию, покрытую горячей битумной мастикой.
С внутренней стороны шов на глубину 3 см заделывают цементным рас-
твором. При обмазочной изоляции над швом наклеивают полосу окле-
енной Изоляции шириной 25 см, покрытую горячей битумной мастикой.
§ 3. Основы статического расчета труб
Трубы рассчитывают на постоянную нагрузку от веса грунта насыпи
и на временную вертикальную подвижную нагрузку, расположенную
на насыпи. Обе эти нагрузки, передаваясь через насыпь, вызывают
вертикальное и горизонтальное давления на звенья трубы.
Вертикальное давление на трубу от постоянной нагрузки опреде-
ляют с учетом сил трения, действующих по вертикальным плоскостям,
ограничивающим столб насыпи над трубой (рис. 60). Эти силы тре-
ния возникают вследствие того, что осадка насыпи (в первый период
после ее отсыпки) над трубой меньше, чем на участках рядом с трубой;
разность осадок достигает максимума на уровне верха трубы, а на
уровне проезда она значительно меньше, особенно при высоких насы-
пях. Силы трения F, действующие на столб насыпи над трубой, на-
правлены вниз, так как участки насыпи по сторонам трубы, располо-
85
женные рядом с рассматриваемым столбом, будут опускаться. Вели-
чину сил трения можно определить, умножив силы нормального дав-
ления на граничные плоскости на коэффициент внутреннего трения
грунта насыпи. Потому давление грунта насыпи на трубу оказывается
больше, чем вес столба грунта, расположенного над трубой.
Величину вертикального равномерно распределенного давления
на трубу (в тс/м2) определяют по формуле
р = С?ня, (V.1)
где С> 1 — безразмерный коэффициент, учитывающий силы трения;
ун — объемная масса грунта насыпи, т/м3;
Н — высота столба грунта от верха трубы до подошвы шпалы
или до верха дорожного покрытия, м.
Величину коэффициента С определяют из следующих соображений.
Сила трения по одной из плоскостей, отнесенная к 1 м2 горизонталь-
ной проекции трубы шириной D, равна
/7 = ~'tg<pH, . (V.2)
где Е = -^-упН2^ — активное давление грунта на 1 пог. м длины пло-
2 скости, ограничивающей столб грунта над трубой;
<рн — нормативный угол внутреннего трения грунта.
Сумма сил трения по двум плоскостям над трубой.
2Г= ^|-^фн=-^Д2^фн, (V.3)
откуда коэффициент С для невысокой насыпи
с=1 + -^-М§фн=1+лМ§фн- (v-4)
При высокой насыпи, когда на некоторой высоте осадки над тру-
бой и по сторонам трубы‘выравниваются, можно получить на осно-
вании аналогичных рассуждений
Рис. 60 Схема работы трубы на насыпи
уточненное значение величины
(V.5)
Где h — высота трубы, м;
S — коэффициент относи-
тельной жесткости основания,
равный 15 при скальном или
свайном основании, 10—при осно-
ат clgl/Z
WWWmSWWWW?
Рис. 61. Передача на.трубу давления от
временной нагрузки ’ -
ййнии из плотных песков, твер-
дых и тугопластичных глин и су-
глинков и 5 — при основании из
рыхлых песков, мягкопластич-
ных суглинков и глин.
При хорошем уплотнении на-
сыпи во время ее отсыпки вер-
тикальное давление на трубу
уменьшается вследствие 'мень-
шей величины осадок. В этом случае для труб под автодорогами раз-
решается снижать коэффициент С на 30%..При > -^-следует при-
нимать А =
Горизонтальное постоянное давление грунта насыпи на трубу
(в тс/м2) определяют по формуле
= НТЛ', (V.6)
где И' = Н для круглых труб и Н' = Н + -у для прямоугольных
труб.
Временная вертикальная нагрузка, расположенная на. насыпи,
также вызывает вертикальное и горизонтальное давление грунта на
трубу (рис. 61).
Вертикальное давление от временной 'нагрузки распределяется
в насыпи под углом, равным arc tg 1/2 к вертикали. Принимая нагруз-
ку от железнодорожного подвижного состава равной 2К (для нагрузки
С14 — 28 тс/м пути) и что длина шпал, через которые нагрузка распре-
деляется поперек оси пути, равна 2,7 м,получим вертикальное давле-
ние на трубу (в тс/м2)
2К = 28
2,74-Я ~ 2,74-Я
(V.7)
Для труб под автодорогами давление (в тс/м2) от решающей на-
грузки НК-80 можно определить по формуле
19
Я 4-3
(V.8)
Если высота засыпки над трубой менее 1 м, рассматривают фак-
тическое давление на трубу от колес нагрузки НК-80 с учетом ее рас-
пределения покрытием и насыпью.
Горизонтальное давление также определяют умножением верти-
кального на р:
(V.9)
где q определяется для высоты Н' = Н для круглых труб и Я' =
= Н 4- Для прямоугольных труб.
86
87
Отклонения нагрузок от нор-
мативных учитывают умноже-
нием величин давлений р, ер, q,
eq на коэффициенты перегрузки,
а отклонения от нормативного
угла внутреннего трения учиты-
вают, принимая его на 5° выше
или ниже нормативного в невы-
годную для расчета конструкции
трубы сторону.
Расчетной схемой для звеньев
прямоугольных труб является
Рис 62 Расчетные схемы звеньев труб.
а — прямоугольной, б — круглой
замкнутая рама, нагруженная по всем четырем сторонам равномерно
распределенной нагрузкой (рис. 62, а), различной по горизонтали и по
вертикали. Нормальные силы в контуре звена разрешается не учиты-
вать, так как их влияние невелико. Расчет на прочность ведут по фор-
мулам для изгибаемых железобетонных прямоугольных сечений
(см. гл. XII). Стенки звеньев проверяют, кроме того, и по расчетной
схеме рамы с заделанными в нижнем сечении стойками, что для сте-
нок дает обычно большие величины изгибающих моментов.
Звенья круглых труб (рис. 62, б) рассчитывают как кольца, работаю-
щие в условиях' неравномерного радиального сжатия. Наибольшие
расчетные изгибающие моменты в таком кольце в вертикальных и го-
ризонтальных сечениях (без учета нормальных и поперечных сил)
определяют по формуле
Л1расч - ± vr2 (ппр + nBq) (1 — р,). (V.10)
Здесь учитывается влияние постоянных давлений р и ер и времен-
ных q и eq; па и пв — коэффициенты перегрузки;
р, — нормативный угол внутреннего трения ± 5°;
г — радиус кольца трубы .для середины толщины звена;
v 0,2 — коэффициент, учитывающий условия опирания звена:
для звеньев, уложенных .на фундамент, v = 0,22;
на грунтовое основание — v = 0,25.
По этим значениям изгибающих моментов определяют толщину
кольца и его армирование из условия недопущения'трещин в бетоне
колец.
ГЛАВА VI
ПОСТРОЙКА ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ
Водопропускные трубы, как правило, применяются в виде сбор-
ных конструкций, изготовляемых на заводах, полигонах и стройпло-
щадках.
Небольшие габариты и масса элементов позволяют перевозить их
на обычных автомобилях или тракторах по Временным дорогам без
твердого покрытия при организации работ по строительству новой
линии широким фронтом. В последние годы для перевозки и монтажа
блоков труб находят применение вертолеты.
§ 1. Изготовление элементов сборных труб 1
Блоки фундаментов труб целесообразно изготовлять на стройпло-
щадках или полигонах в сборной щитовой деревянной или металличе-
ской (при значительном объеме) опалубке.
Звенья железобетонных труб, требующие сложной оснастки и обо-
рудования, экономически целесообразно готовить на заводах или
больших полигонах.
Арматурные сетки круглых звеньев (рис. 63, а) изготовляют на
навивочных станках с обмоткой продольных стержней спиральной
арматурой. Каркасы прямоугольных звеньев (рис. 63, б) составляют-
ся из четырех плоских сеток, изготовляемых на станках с точечной
сваркой стержней. Объединение сеток в каркас производится путем
сварки их радиальными или поперечными короткими стержнями, фик-
сирующими проектное расстояние между сетками.
Опалубка звеньев труб состоит, как правило, из наружных разъем-
ных кожухов или щитов и внутреннего цельного сердечника. Вместо
последнего иногда применяется (в основном для прямоугольных
звеньев) составная внутренняя форма. Отдельные щиты опалубки
скрепляют клиновыми, винтовыми или накидными затворами. Рас-
стояние между наружной и внутренней формами обеспечивается
верхними и нижними фиксаторами.
Для уплотнения бетонной смеси применяют: глубинные или при-
крепляемые снаружи опалубки вибраторы; вибрирование с использо-
ванием виброустройств, располагаемых во внутренней полости фор-
мы; станковое вибрирование.
Уплотнение бетона при помощи глубинных и тисковых вибраторов
не требует специальных агрегатов и сложного оборудования и приме-
няется на полигонах и стройплощадках. В заводских условиях находят
§ 1 нацисан канд. тедн. наук В. Б.*6обриковь;м.
Рис. 63. Армирование звеньев железобетонных труб
а —круглых; б — прямоугольных; 1 — внутренняя арматурная сетка, 2 —наружная арма-
турная сетка; <3 — спиральная арматура; 4 — соединительные стержни, 5 — продольные
СТРПЖНИ
применение формы с вибросердечником, так называемые виброформы
(рис. 64). *
Роль вибросердечника играет внутренняя цилиндрическая (для
круглых звеньев) или прямоугольная опалубка. Для обеспечения жест-
кости внутри сердечника приваривают диафрагмы, ребра жесткости
и уголки для крепления вибраторов.
Общими недостатками вибросердечников являются сложность их
обслуживания и недолговечность. Вибрационные устройства, требую-
щие постоянного наблюдения и профилактического ремонта, находят-
ся в труднодоступном месте, а электродвигатель вместе с сердечником
подвергается интенсивной вибрации.
Более совершенным является изготовление звеньев труб с приме-
нением формовочных станков и виброплощадок.
Звенья круглых труб на заводах изготовляют на формовочном
станке СМ-210К (рис. 65). Собранную на поддоне форму с арматур-
Рис. 64 Виброформа для изготов-
ления звеньев железобетонных
труб.
1 наружные щиты; 2 — сердечник;
3 — вибратор; 4 —♦ пригруз
90
ным каркасом устанавливают на те-
лежку, подают в формовочный ста-
нок и при помощи каретки, переме-
щающейся по направляющим, подни-
мают, освобождая тележку. Затем,
центрируя, форму ставят на-поворот-
ный стол, при помощи гидравличе-
ского привода опускают сердечник,
каретку поднимают вверх и вклю-
чают привод поворотного стола, од-
новременно подавая бетонную смесь
по загрузочному лотку.
При вращении формы вокруг вер-
тикальной оси происходит равномер-
ное распределение бетонной смеси,
для уплотнения которой периодически
включают вибратор сердечника. Та-
Ким образом, в станке сочетается
уплотнение способом центрифугирова-
ния и вибрирования.
После окончания бетонирования
извлекают сердечник и форму, вновь
установленную на тележку, транс-
портируют в пропарочную камеру.
Основное преимущество станко-
вого формирования звеньев водопро-
пускных труб — увеличение произво-
дительности, снижение трудоемкости,
уменьшение металлоемкости форм и
оснастки на 1 м3 изделия.
Пропаривание звеньев труб произ-
водится в камерах термообработки
или под брезентом на постах бетони-
рования. Последний способ допускает-
ся только при положительной на-
ружной температуре.
Звенья стальных гофрированных .
труб изготовляют на заводах из ли- '
стов медистой стали Ст. 15 толщиной
2,0—2,5 мм. Длина стандартного
листа 1600 мм, поэтому звено трубы имеет продольные швы вна-
хлестку с соединениями на оцинкованных болтах диаметром 16 мм.
Гофрированную сталь режут ножницами с ножами гофрированного
профиля. Соединение листов и звеньев на месте монтажа производится
болтами внахлестку. Сверление отверстий производится в кондукто-
рах, обеспечивающих их хорошее совпадение.
• Оцинковка листов производится горячим способом после полной
механической обработки.
§ 2. Постройка труб
Строительство сборной железобетонной трубы состоит из следующих
циклов:
I) подготовительные работы и рытье котлованов;
2) сооружение фундамента и трубы с оголовками;
3) устройство гидроизоляции и засыпки трубы;
4) укрепление русла и откосов насыпи.-
К подготовительным работам относятся: устройство временной до-
роги к трубе, расчистка и планировка стройплощадки, установка
оборудования, завозка блоков трубы.
Разработка котлована при отсутствии воды производится бульдо-
зером вдоль оси трубы или драглайно^. При наличии водотока воду
отводят в сторону, выемку грунта производят экскаватором.
После устройства гравийно-песчаной подготовки укладывают бло-
ки фундамента, начиная с одного из оголовков (обычно выходного).
91
Швы между блоками заполняют песчано-цемейтйым растйором с уп-
лотнением плоскими металлическими трамбовками. Через 3—4 м в
фундаменте оставляют незаполненный поперечный шов, который яв-
ляется деформационным. Чтобы образовать деформационный шов,
в теле фундамента оставляют поперечный щит из досок. Если же со-
оружают монолитный фундамент, бетонную смесь доставляют с ближай-
шего полигона или приготовляют на месте строительства в передвиж-
ной бетономешалке и укладывают в опалубку из деревянных щитов
простейшей конструкции с уплотнением глубинными или площадоч-
ными вибраторами.
По окончании сборки или бетонирования фундамента котлован
засыпают местным грунтом горизонтальными слоями 15—20 см с тща-
тельным уплотнением.
Укладка блоков железобетонной трубы прямоугольного сечения
производится на песчано-цементном растворе.^Во избежание его вы-
давливания под блок укладывают деревянные рейки высотой 2—3 см.
Круглые звенья, при отсутствии бетонных лекальных подкладок,
укладывают на поперечные деревянные подкладки (рис. 66) с по-
следующим заполнением образующегося зазора бетоном.
Швы между звеньями плотно заполняют пропитанной битумом
паклей. С внутренней стороны швы заполняют цементным раствором.
Лотки в пределах оголовков делают из монолитного бетона по гравий-
ной подготовке.
Сборка трубы производится автомобильным краном. Целесообраз-
но применение крананэкскаватора с емкостью ковша 0,15—0,35 м3
и грузоподъемностью, соответствующей массе блоков.
Гидроизоляцию трубы выполняют в сухую погоду при положитель-
ной температуре. Если звенья трубы были покрыты гидроизоляцией
при изготовлении, после монтажа стык звеньев перекрывают двумя
92
Полосами битантита на ма-
стике.
Засыпка трубы произво-
дится песчаным грунтом
слоями 15—20 см равномер-
но с обеих сторон трубы
с тщательным уплотнением
ручными или механическими
трамбовками на высоту 1 м
над замком, после чего через
трубу можно пропускать са-
мосвалы и бульдозер.
Под гофрированные сталь-
ные трубы обычно ограничи-
ваются устройством песчано-
гравийной подушки толщиной
40—50 см (рис. 67), а при на-
личии пучинистых грунтов —
толщиной 1 м. Под входным
оголовком устраивают проти-
вофильтрационный экран из
глинисто-щебеночной смеси.
На место строительства,
если это позволяют дороги
и транспортные средства,
доставляют секции стальных
труб длиной 6—7 м, состав-
ленные из звеньев на строй-
дворах или полигонах. Мон-
таж трубы производится в
непосредственной близости
от оси на невысоких подмос-
тях одновременно с устрой-
ством подушки. Трубе при-
дают строительный подъем, компенсирующий последующую осадку
грунта под давлением насыпи. Снаружи трубу грунтуют и покры-
вают одним или двумя слоями битумной мастики. Внутри устраивают
асфальтобетонный лоток. /
При строительстве монолитной железобетонной трубы после
окончания бетонирования фундамента устанавливают опалубку,
придающую бетонируемой трубе проектное очертание.
При овоидальном очертании бетонной трубы (рис. 68) доски опа-
Рис. 68. Опалубка монолитной железобетон-
ной трубы:
1 — внутренние кружала; 2 — наружные ребра
опалубки; 3 — закладные доски; 4 — клинья
лубки прибивают к внутренним кружалам, изготовленным на плазу
стройплощадки из досок на гвоздевых соединениях. Кружала опирают-
ся на клинья. В пределах нижней части поперечного сечения снаружи
также сооружают опалубку из закладных досок, прибиваемых по ме-
ре бетонирования к наружным дощатым ребрам.
Укладку бетонной смеси в пределах бетонируемой секции трубы
ведут слоями 20—25 см равномерно с обеих сторон.
93
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
. МОСТАХ
А
§ 1. Характеристика и область применения
В современном строительстве железнодорожных и, автодорожных со-
оружений железобетонные мосты получили наибольшее распростра-
нение. Железобетон как строительный материал отличается высокой
прочностью, а конструкции из него — высокой жесткостью и значи-
тельной долговечностью. Для изготовления железобетонных конструк-
ций можно использовать местные материалы (песок, щебень). Железо-
бетонным мостам можно придавать любые конструктивные и архитек-
турные формы. Достоинством железобетона является также малый
расход стали по сравнению со стальными конструкциями.
Эксплуатация железобетонных мостов проще, так как не требует-
ся периодической окраски. Поэтому расходы по содержанию железо-
бетонных мостов меньше, чем стальных.
Железобетонными пролетными строениями мостов перекрывают
пролеты от самых малых (2—3 м) до весьма значительных (305 м). Под-
робные сведения об этих мостах имеются в книге Е. И. Крыльцова,
О. А. Попова, И. С. Файнштейна «Современные железобетонные мосты».
В настоящее время широко применяют сборные конструкции про-
летных строений, что позволяет механизировать строительные про-
цессы, уменьшает срок строительства, т. е. значительно повышает
эффективность капиталовложений. Как правило, элементы сборных
конструкций изготовляют на постоянно действующих заводах, это
способствует повышению качества изделий. Монтаж мостов из сборных
конструкций осуществляется в течение круглого года.
В СССР созданы типовые конструкции балочных железобетонных
мостов под железную дорогу пролетами до 33 м и под автомобильную
дорогу — до 42 м. Для перекрытия больших пролетов под железно-
дорожную нагрузку используют различные системы арочных мостов.
Особенно большое значение для .развития строительства железо-
бетонных мостов имеет применение предварительно напряженного же-
лезобетона, который начали широко внедрять в конце 40-х годов.
Путем предварительного напряжения бетона обеспечивается боль-
шая трещиностойкость конструкции, а следовательно, увеличиваются
надежность и долговечность сооружения.
В таких конструкциях эффективно используются высокопрочные
материалы (бетон и сталь), что дает возможность значительно сокра-
щать размеры поперечных сечений и уменьшать массу сборных эле-
ментов, следовательно, уменьшить расход металла и цемента.
Для дальнейшего развития железобетонных мостовых конструк-
ций необходимо всемерное совершенствование индустриальной базы
их изготовления и способов монтажа.
94
§ 2. Основные системы железобетонных мостов
Системы и конструкции железобетонных мостов весьма разнообразны.
Для современного мостостроения характерно применение балочных,
рамных, арочных и комбинированных систем, которые в свою очередь
имеют разновидности. Так, например, балочные подразделяются на
мосты с разрезными, неразрезными и консольными пролетными
строениями. Рамные мосты могут быть рамно-неразрезной, рамно-
консольной, рамно-подвесной систем и т. п.
Балочные системы с разрезными (рис. 69) пролетными строениями
пролетами до 33 м применяют на железных дорогах, на автомобиль-
ных дорогах до 42 м. В практике автодорожного мостостроения имеют-
ся примеры индивидуальных балочных конструкций пролетом более
42 м.
Для перекрытия больших пролетов балочными конструкциями
используются неразрезные и консольные балки. Такие системы мо-
гут быть как сборными, так и монолитными.
Отличительной особенностью неразрезных ^пролетных строений
является их "статическая неопределимость, вследствие чего при не-
равномерных осадках опор и под влиянием пластических деформаций
возможно возникновение дополнительных напряжений в конструкции.
Неразрезные системы отличаются большей жесткостью по сравнению
с разрезными и плавной линией прогибов, что делает их более приспо-
собленными для восприятия тяжелой железнодорожной нагрузки.
Рис. 69/Основные системы пролетных строений
95
Консольные балки относятся к статически определимым системам
и поэтому от просадки опор дополнительные напряжения в них не
возникают. Консольные системы обладают меньшей жесткостью
и большей деформативностью. Такие конструкции находят применение
главным образом в автодорожных мостах.
На промежуточных опорах неразрезных и консольных мостов раз-
мещается только одна опорная часть, это приводит к уменьшению раз-
мера опоры по фасаду по сравнению с опорой для разрезных балок,
-Рамные системы характерны жестким соединением ригеля с опо-
рами в виде железобетонных стоек. Совместная работа ригеля с опорой
приводит к уменьшению изгибающих моментов в пролете, что позволяет
уменьшить строительную высоту. Такие мосты хорошо приспособ-
лены для путепроводов и эстакад в городских условиях.
Система статически неопределима, поэтому для нормальной экс-
плуатации такого сооружения необходимо устройство надежного
основания.
Арочные мосты применяют в виде распорных систем с ездой по-
верху и посередине. Пролетные строения с ездой понизу, как правило,
выполняются безраспорными и являются простейшим видом комбини-
рованной системы (арка с затяжкой).
В арочных системах прочность бетона на сжатие используется наи-
более эффективно, что обеспечивает хорошие экономические показа-
тели.
По статическим свойствам арки разделяются на бесшарнирные,
двухшарнирные и трехшарнирные.
Арочные пролетные строения применяют для перекрытия больших
пролетов. Распорной арочной системой можно перекрыть пролеты
400—500 м.
Распорные системы требуют надежное основание.
Комбинированные системы характеризуются совместной работой
простых систем.
Примером такой конструкции, в частности, может служить соче-
тание балки с гибкой аркой. В таких системах достигается благоприят-
ное распределение усилий, что позволяет перекрывать большие про-
леты, обеспечивая высокие экономические показатели. В настоящее
время величина пролета в таких системах (имеется в виду сочетание
балки с растянутым вантом) достигает 282 м (наибольший пролет в
мире). Комбинированные системы появились недавно и используются
исключительно для автодорожных и городских мостов.
§ 3. Материалы, применяемые при сооружении
железобетонных мостов
Для пролетных строений железобетонных мостов применяется, как
правило, тяжелый цементный бетон. Плита проезжей части автодорож-
ных мостов может выполняться из керамзитобетона с целью снижения
собственного веса конструкции,
Бетоны должны быть достаточно прочными и плотными. Прочность
бетона зависит не только от марки цемента, но и от водо-цементного
отношения. Для мостовых конструкций рекомендуется применение
жестких смесей, что уменьшает возможность образования трещин
в бетоне от усадки и ползучести. Чем плотнее бетон, тем лучше защище-
на арматура от влаги и других вредных воздействий, что в конечном
счете обеспечивает долговечность сооружения. Бетоны должны также
обладать высокой морозостойкостью.
Обеспечение соответствующих качеств бетона достигается приме-
нением цементов высоких марок.
Расход цемента на 1 м3 конструкции, в большой степени влияющий
на качество бетонной смеси, не должен превышать: при марке бетона
до 400 — 450 кг/м5; при марке 500 и выше — 500 кг/м3.
Основными характеристиками бетона являются проектные марки:
по прочности на сжатие, по морозостойкости и по водонепроницаемо-
сти. За проектную марку бетона по прочности принимается средняя
величина предела прочности на сжатие образцов размерами 15X15 х
X 15 см.
Морозостойкость определяется числом циклов попеременного за-
мораживания и оттаивания по режиму соответствующего ГОСТ, при
котором прочность снижается не более чем на 15%.
Водонепроницаемость определяется величиной давления воды по
ГОСТ, при котором не наблюдается просачивания воды через образец.
Таблица 1
Основные нормативные и расчетные сопротивления бетона, кгс/см2
Вид сопротивления pg >> ° и Марка бетона по прочности на сжатие
150 200 300 400 500 600 700 800
Сжатие Сжатие при расче- Rjip Ra 65
те на совместное воздействие си- ловых факторов и неблагоприят- ных влияний внешней среды
Растяжение Продольная тре- Rp 13
щиностойкость Скалывание при RT —
изгибе Rck 15
Срез непосредст- венный Rep 6,5
4 Зак. 1298
97
Все виды испытаний производятся на образцах в возрасте 28 дней.
Выбор проектной марки определяется размером, долговечностью
и значимостью сооружения, а также температурными условиями, в ко-
торых сооружение будет работать.
В соответствии с Указаниями по проектированию мостов и труб
для несущих бетонных и железобетонных конструкций применяют тя-
желые бетоны марок 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700 и 800, некоторые
характеристики которых приведены в табл. 1. Допускается применение
промежуточных марок 250, 350, 450 и 550.
Для железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой
марка бетона должна быть не менее 300, а для предварительно на-
пряженных конструкций — не менее 350.
Марки по морозостойкости от МрзЮО до МрзЗОО принимают в за-
висимости от климатических условий эксплуатации сооружения. Для
Северной строительно-климатической зоны бетон в предварительно на-
пряженных конструкциях должен иметь марку по морозостойкости
не ниже Мрз 300.
Усадка бетона возникает вследствие уменьшения объема бетона
в процессе его твердения. С усадкой связано изменение напряжений
и образование трещин в бетоне.
Для уменьшения деформаций усадки, помимо ограничения расхо-
да цемента, необходимо поддерживать заданный термовлажностный
режим хранения бетона в период его твердения; кроме того, можно при-
менять безусадочные и расширяющиеся цементы.
Ползучесть — способность бетона медленно деформироваться под
постоянно действующей нагрузкой или в процессе предварительного
напряжения арматуры. Интенсивность таких пластических деформаций
с течением времени снижается.
Явления ползучести и усадки приводят к увеличению прогибов
пролетных строений, а также к падению предварительного напряже-
ния арматуры. Это влияние учитывается при расчете статически не-
определимых систем и в предварительно напряженных конструк-
циях.
Арматура, применяемая в железобетонных мостах, может быть под-
разделена на ненапрягаемую и предварительно напрягаемую в про-
цессе изготовления конструкций (табл. 2—4).
Арматура железобетонных мостов выполняется из горячекатаной
мартеновской круглой стали гладкой или периодического профиля.
В соответствии с Указаниями по проектированию мостов и труб
в мостовых конструкциях может быть использована горячекатаная
стержневая сталь пяти классов: A-I, А-И, А-Ш, A-IV, A-V, а также
термически упрочненная сталь AT-V и AT-VI.
Кроме того, рекомендуется арматура из специальной проволоки:
гладкой класса В-П и периодической ВРП, пряди семипроволочные
П-7 и специальные стальные канаты, применяемые для особо круп-
ных сооружений.
Для основных несущих конструкций, как правило, применяют
арматуру периодического профиля, которая обеспечивает надежное
сцепление с бетоном. Гладкая круглая сталь используется для второ-
98
Таблица 2
Непапрягаемая стержневая арматурная сталь
сКэЛали Название стали .Марка Диаметр стержней, Норматив- ное сопро- тивление, кгс/см2 Расчетное сопротив- ление, кгс/см2
A-I Углеродистая гладкая круг- лая В СтЗ сп2 СтЗ ГпсЗ 18Гпс 6—40 6—40 6—40 2400 1900
А-П Углеродистая периодическо- го профиля В Ст5 сп2 18Г2С 10ГТ 10—40 45—90 10—32 3000 2400
А-Ш Низколегированная перио- дического профиля 25Г2С 18Г2С 35ГС 6—40 6—9 6—40 4000 3100
степенных элементов — для хомутов и арматурных сеток, не подлежа-
щих расчету на выносливость.
За Нормативное сопротивление арматуры приняты наименьшие
контролируемые значения предела текучести для стержневой арма-
туры и временное сопротивление разрыву для проволочной арма-
туры.
Упругие свойства стали характеризуются модулем упругости,
который изменяется от 1,8 X 106 кгс/см2 для семипроволочных прядей
и холоднотянутой проволоки до 2,1 X 106 кгс/см2 для стержневой
арматуры.
Обеспечение нормальной эксплуатации железнодорожных мостовых
конструкций во многом зависит от работы арматуры на выносливость
Таблица 3
Напрягаемая стержневая арматурная сталь
Класс Название стали Марка Диаметр стержня, Норматив ное сопро тивление, кгс/см2 Расчетное сопротив- кгс/см2
A-IV Низколегированная пери- 20ХГ2П 10-32 6 000 4600
A-V одического профиля То же 23Х2Г2Т 10—18 8 000 5800-
AT-V Термически упрочненная 10—25 8 000 5800
AT-VI периодического профиля То же - 10—25 10 000 6900
4*
99
Таблица"!
Напрягаемая проволочная сталь
стали Название стали Диаметр, Нормативное сопротивле- ние, кгс/см2 Расчетное сопротивле- ние, кгс/см2
3 19 000 11 200
4 18 000 10 500
в-п Проволока высокопрочная гладкая 5 17 000 10 000
6 16 000 9 300
7 15 000 8 800
8 14 000 8 200
3 18 000 10 500
Проволока высокопрочная периоди- 4 17 000 10 000
Вр-П ческого профиля 5 16 000 9 300
6 15 000 8 800
7 14 000 8 200
8 13 000 7 600
П-7 Семипроволочные арматурные пря- 9 12 17 500 17 000 10 300 10 000
ди 15 16 500 9 600
Этот вид работы арматуры характеризуется пределом выносливости
на базе 2 млн. циклов, в результате чего определяется способность ар-
матуры сопротивляться многократно повторным загружениям. Чис-
ленные величины пределов выносливости сталей приведены в норма-
тивной литературе.
Пластические деформации арматуры характеризуются величиной
относительного удлинения при разрыве. Это свойство арматуры имеет
большое значение, так как от него зависит сопротивление арматуры
динамическим (ударным) воздействиям.
Для обычного железобетона с ненапрягаемой арматурой армиро-
вание выполняется в виде отдельных стержней, сварных каркасов и
сеток.
Наибольшее распространение имеют сварные каркасы и сетки, что
в полной мере отвечает условиям заводского изготовления. Для эле-
ментов мостовых конструкций арматурные сетки могут быть изготов-
лены из стержней диаметром до 20 мм.
В предварительно напряженных мостовых конструкциях реко-
мендуется использование проволочной арматуры диаметром 5 мм в фор-
ме стандартных пучков с числом проволок 24 и 48. Применяются так-
же пучки из 7 и 12 семипроволочных прядей. В последнее время оте-
чественная промышленность выпускает стержневую арматуру из низ-
колегированных и термически упрочненных сталей диаметром до 32 мм
с высоким нормативным сопротивлением (см. табл. 3), достигающим
10 000 кгс/см2.
Процент армирования в железобетонных конструкциях должен быть
не менее 0,1.
100
ГЛАВА VIII
БАЛОЧНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
§ 1. Виды балочных мостов и конструктивные формы
пролетных строений
В настоящее время балочные мосты получили на сети железных дорог
наибольшее распространение. Малые и средние мосты, как правило,
осуществляются в виде балочных систем. Это объясняется простотой
конструкции, которая наиболее приспособлена для индустриальных
способов современного строительства.
Железобетонные балочные пролетные строения (рис. 70 и 71) под-
разделяются^ по ряду признаков:
по статической схеме на разрезные системы, которые
могут иметь однопролетное и многопролетное решения в зависимости
от местных условий; неразрезные, применяемые, как правило, для
пролетов более 30 м, и консольные системы;
по расположению уровня проезда — с ездой поверху
и с ездой понизу; (
по конструкти вш ой форме — на плитные, ребристые
и коробчатые;
по виду армирования—на конструкции с ненапрягае-
мой и предварительно напряженной арматурой. В соответствии
со способом производства работ пролетные строения могут быть моно-
литными, сборными и сбор но-монолитными.
Балочные разрезные пролетные строения под железную дорогу при-
меняют для перекрытия пролетов от 3 до 33 м, а для автодороги до
42 м. Величина пролетов неразрезных и консольных систем под автомо-
бильную нагрузку достигает 229 м.
Плитные пролетные строения отличаются простотой конструктив-
ной формы по сравнению с ребристой конструкцией, но расход бетона
на них значительно больше.
В стесненных габаритных условиях, например при сооружении
путепроводов, применяют плитные пролетные строения с пониженной
строительной высотой.
Наибольшее распространение имеют ребристые пролетные строе-
ния, состоящие из двух блоков индустриального изготовления. Попе-
речный разрез с прямоугольной формой ребра характерен для конст-
рукций с ненапрягаемой арматурой, а форма ребра с тонкой стенкой и
уширенным нижним поясом применяется для уменьшения массы про-
летных строений из предварительно напряженного железобетона, что
позволяет перекрывать большие пролеты.
Для прохода обслуживающего персонала во всех трех типах кон-
струкции предусмотрено устройство съемных тротуарных плит, рас-
положенных на приставных консолях.
101
, Поперечные сечения, составленные из двух П-образных блоков,
имеют место на эксплуатируемых железнодорожных мостах. В настоя-
щее время такие пролетные строения не применяются, так как их объ-
ем значительно больше и, кроме того, усложнены опалубочные формы.
На рис. 71, д показан поперечный разрез цельноперевозимого пролет-
ного строения с откидными консолями на шарнирах. Устройство та-
ких консолей, занимающих при перевозке вертикальное положение,
позволяло вписываться в габарит подвижного состава.
Однако применение шарнира вызывает ряд трудностей при изготов-
лении, омоноличивании и эксплуатации, поэтому в настоящее время
такие пролетные строения не применяются, но есть в эксплуатации.
Коробчатые сечения находят широкое применение в неразрезных
и консольных системах больших пролетов. Использование коробчатой
формы позволяет значительно повысить изгибную и особенно крутиль-
ную жесткость пролетного строения.
Для обеспечения устойчивости положения ширину коробки по ни-
зу рекомендуется назначать более 1,8 м, но не менее (Узо 4- V25) I-
В пролетных строениях с ездой понизу необходимо устройство
проезжей части в виде часто расположенных поперечных балок и пли-
ты балластного корыта. Главные балки раздвигают на значительное
расстояние, которое определяется габаритом приближения стро-
ений.
Положительной особенностью таких пролетных строений является
минимальная строительная высота (Лстр), размер которой для данной
конструкции не зависит от величины пролета.
Такие пролетные строения применяют очень редко, обычно для ус-
ловий с ограниченными размерами строительной высоты.
Рис 70 Виды балочных мостов
а — разрезные, однопролетный и многопролетный, б — неразрезной в — консольный,
шарниры, 2 — консоль пролетного строения
102
На рис. 71, з представлен
поперечный разрез пролетно-
го строения в монолитном ис-
полнении.
Наряду с устройством пути
на балласте имеют место без-
балластные конструкции про-
летных строений. Может быть
два решения: мостовые брусья
укладывают на главные балки
двутавровой формы или рель-
сы прикрепляют непосредст-
венно к плите пролетного
строения через упругие про-
кладки.
Наиболее характерные по-
перечные разрезы пролетных
строений под автомобильные
дороги показаны на рис. 72.
Для перекрытия неболь-
ших пролетов используются
также, как и на железных до-
рогах, плитные конструкции.
Отличительной особен-
ностью автодорожных мостов
является ширина проезжей
части, определяемая габари-
том «Г», в зависимости от кате-
гории дороги,. а также уст-
ройство тротуаров.
Для элементов пролетного
строения монолитной конст-
рукции характерно два реше-
ния. В мостах с шириной
проезжей части до 8 м эконо-
мичным оказывается устрой-
ство двух главных балок.
При большой ширине моста
число главных балок следует
увеличивать.
Чтобы толщина плиты про-
езжей части не была слишком
велика, пролет плиты следует
принимать 2—3 м. Поэтому
наряду с поперечными балка-
ми, расстояние между кото-
рыми принимают от 4 до 6 м,
требуется постановка вспомо-
гательных продольных балок.
J03
Продольные балки сборных пролетных строении большинства со-
временных мостов имеют тавровое сечение, более простое в изготовле-
нии. Балки П-образного и коробчатого сечений, обладающие большей
жесткостью при работе на круче-
„ ние, особенно перспективны для
е)
Рис. 72 Конструктивные формы пролет-
ньГх строений под автомобильную до-
мостов больших пролетов.
При сооружении больших мо-
стов, как правило, применяют
коробчатые сечения. В зависи-
мости от ширины моста в попе-
речном разрезе может быть одна,
две и более коробчатых балок.
Также, как и в железнодорож-
ных мостах и для тёх же усло-
вий, в отдельных случаях при-
меняют пролетные строения с
ездой понизу.
В автодорожных мостах на-
ряду со сплошной конструкцией
главных балок имеет место при-
менение сквозных ферм в каче-
стве несущей конструкции. Та-
кие пролетные строения по за-
трате материалов и стоимости
неэкономичны. Расположение
главных балок (ферм) на боль-
шом расстоянии друг от друга
приводит к утяжелению попереч-
ных балок проезжей части.
§ 2. Разрезные пролетные
строения с ездой поверху
Разрезные балочные мосты с ез-
дой поверху имеют наибольшее
распространение и выполняются
преимущественно из сборных
элементов с предварительно на-
прягаемой арматурой.
Пролетные строения длиной
до 16,5 м могут быть осуществ-
лены из обычного железобетона
с ненапрягаемой арматурой.
Ленгипротрансмостом разра-
ботаны для железнодорожных
мостов типовые проекты сбор-
ных железобетонных пролетных
строений (табл. 5—10).
Таблица 6
Основные данные но типовым плитным уширенным пролетным строениям
Таблица 6
Основные данные по типовым ребристым пролетным строениям
с ненапряженной арматурой
Поперечное сечение
8 i р3 и 3 3 5§ и S л it oS it Jli
2 9,30 8,70 90 16,30 "22,3
2 11,50 10,80 105 21,30 28,9
2 13,50 12,80 120 27,58 37,3
2 16,50 15,80 140 36,93 49,2
105
Пролетные строения длиной 2,95 м — одноблочные, остальные —
двухблочные. Блоки плитных пролетных строений не соединяются
между собой, их положение в поперечном направлении фиксируется
опорными частями.
Ребристые блоки соединены диафрагмами, расположенными у тор-
цов блоков. Ширина ребра 50 см для всех пролетов и по всей длине
балки постоянна.
В плитных двухблочных пролетных строениях длиной до 11,5 м
ширина плиты понизу составляет 130 см, а для пролетов свыше 11,5 м —
140 см. В блоках пролетных строений длиной от 7,3 до 16,5 м имеются
продольные пустоты цилиндрической формы.
Ширина балластного корыта по наружным граням бортиков —
418 см. Этот размер определился из необходимости уширения балласт-
ной призмы до 340 см в связи с увеличившимися скоростями движения
поездов.
Для плитных пролетных строений размером от 2,95 до 11,5 м
запроектирован вариант балластного корыта шириной между наруж-
ными гранями бортиков 532 см (см. табл. 5). Этой конструкцией пре-
дусмотрена возможность пропуска по мосту щебнеочистительной ма-
шины (ЩОМ-Д) при максимально поднятом рабочем органе.
Типовые предварительно напряженные железобетонные пролет-
ные строения изготовляются из бетона марки 400. Напрягаемая армату-
ра состоит из пучков по 24 высокопрочных проволоки диаметром 5 мм
с нормативным сопротивлением 17 000 кгс/см2. Ненапрягаемая армату-
ра — периодического профиля из углеродистой мартеновской горяче-
катаной стали.
В пролетных строениях длиной 16,5 и 18,7 м арматурные пучки
имеют прямолинейное очертание, а длиной 23,6 и 27,6 м прямолиней-
ное и полигональное. Каждое пролетное строение состоит из двух бло-
ков, соединяемых между собой диафрагмами.
Таблица 7
Основные данные по типовым плитным пролетным строениям
с пониженной высотой
106
Поперечное сечение
Основные данные по типовым плитным пролетным строениям
с ненапряженной арматурой
В пролетных строениях длиной 16,5 и 18,7 м имеются только тор-
цовые диафрагмы, а длиной 23,6 и 27,6 м — торцовые и промежуточные.
В новых типовых проектах минимальная толщина стенки балок при-
нята равной 26 см.
За последние годы проведена работа по унификации пролетных
строений, так как большое число типов пролетных строений затрудняет
широкое внедрение передовых способов изготовления сборных мосто-
вых конструкций на заводах.
Унификация способствует также снижению трудовых затрат и стои-
мости конструкций вследствие сокращения типоразмеров опалубки,
применения стандартного оборудования и однотипности технологи-
ческих процессов. В настоящее время разработан технический проект
унифицированных пролетных строений (см. табл. 10).
107
Таблица 9
Основные данные по типовым ребристым пролетным строениям
с напряженной арматурой
Таблица 10
Основные данные по унифицированным пролетным строениям
под железную дорогу
Поперечное сечение 1 i у h‘ ёд sq S в Число пучков по 24 0 5
нижних (по рядам, начи- ная снизу) а*
|Х W
h ь 2 9 90 56 12 5+2=7 2 5,6
• • 1 1 - 2 12 120 56 12 5+3=8 2 8,6
2 15 150 56 15 5+5=10 2 11,6
2 18 150 76 15 7+5+2=14 2 16,4
2 24 210 76 15 7+7+2=16 2 26,5
2 27 210 76 15 7+7+5+1=20 2 29,4
4 'У 2 33 240 76 20 7+7+5+3+1+ 2 42,4
I • • 7 +1=24
ЕЗ
108
Установлены полные длины блоков с модулем 3 м. Выбор такого
размера в качестве основного объясняется возможностью стандартиза-
ции длины опалубки, упоров для натяжения арматуры и другой оснаст-
ки для изготовления блоков.
Одинаковая величина принята и для изменения высот балок (мо- -
дуль 0,3 м). Однообразны также различные детали — арматурные
пучки, сетки, тротуары, перила, водоотвод и опорные части.
§ 3. Плитные пролетные строения
Плитные пролетные строения являются наиболее простой формой ба-
лочной системы. В настоящее время плитные конструкции применяют-
ся почти исключительно индустриального изготовления.
Ширина плиты понизу должна быть достаточной для размещения
рабочей арматуры и для обеспечения устойчивости против опрокиды-
вания. Обычно высоту плиты назначают х/10 — V15 расчетного пролета /.
На рис. 73 приведен контурный чертеж типового плитного пролет-
ного строения под железную дорогу длиной 6 м.
Консоли поперечного сечения заканчиваются бортиками, которые
образуют балластное корыто.
Устройство служебных тротуаров предусмотрено на консолях.
Поверхности плиты придан уклон в продольном и поперечном на-
правлениях для отвода воды через водоотводные трубки.
109
Для предохранения бетона от просачивания воды поверхность пли-
ты покрывают водонепроницаемой гидроизоляцией, поверх которой
укладывают защитный слой.
При увеличении пролета плиты возрастает высота ее сечения, а сле-
довательно, и расход бетона на нижнюю растянутую зону.
Для пролетов более 6 м с нормальной высотой плиты выгодно сок-
ратить площадь растянутой зоны, что приводит к применению ребри-
стых пролетных строений.
§ 4. Ребристые пролетные строения
с ненапряженной арматурой
Пролетное строение состоит из двух блоков Т-образной формы, вклю-
чающих плиту и ребро (рис. 74). Плитами двух блоков образуется бал-
ластное корыто. Рабочая арматура блоков размещена в нижней части
ребер.
Для образования тротуаров служат приставные конголи со съем-
ными плитами.
Блоки ребристых пролетных строений соединены между собой
диафрагмами.
Нормальная высота ребра назначается в пределах х/10 —л/12 /.
Поверхности плиты приданы поперечный и продольный уклоны для
стока воды к водоотводным трубкам.
Примыкание плиты к ребру запроектировано по цилиндрической
поверхности (7? 30 см) для изготовления в металлической опалубке;
Рис 74 Ребристое пролетное строение с ненапряженной арматурой
я —фасад и план б — вариант для деревянной опалубки, /—диафрагма; 2 — монтажный
стык, 3 — тротуарная плита; 4 — консоль; 5 — водоотводная трубка
ПО
Рис. 76 Варианты расположения ненапря-
гаемой арматуры-
для деревянной опалубки да-
на упрощенная .форма в виде
плоских вутов. /
Пример армирования про-
летного строения полной дли-
ной 11,5м приведен на рис. 75.
Арматура запроектирована
из стержнй периодического про-
филя углеродистой мартеновской
горячекатаной стали диаметром
32 мм..
Наклонные стержни распола-
гают в соответствии с эпюрой ма-
териалов так, чтобы в любом се-
чении находился по меньшей мере
один наклонный стержень. Доста-
точность числа наклонных стерж-
ней проверяют расчетом наклон-
ного сечения Отгибы стержней арматуры периодического профиля делают
по дуге круга радиусом не менее 12 диаметров. Наклонный стержень в сжатой
зоне заканчивается прямым участком длиной не менее 15 диаметров В балках
рекомендуется доводить до опоры не менее трети сечения рабочей арматуры.
Ненапрягаемую арматуру в растянутой -зоне допускается раз-
мещать одиночными стержнями, пучками по дв£ и три стержня,
а также в несколько рядов (рис. 76).
Расстояние в свету между одиночными стержнями или пучками
должно быть не менее 5 см, а при расположении арматуры более чем
в два ряда — не менее 2 d. В многорядных арматурных каркасах необ-
Рис 77 Сварные стыки стержневой арматуры
а — контактная сварка; б — парные накладки, в — стык внахлестку
112
Рис 78. Армирование плиты балластного корыта’
ходимо через три-четыре стержня предусматривать просвет в один
диаметр.
Хомуты и продольная арматура должны иметь диаметр не менее
8 мм.. Хомуты расставляют с шагом не более 20 d или 20 см. I
Продольную арматуру в пределах нижней половины стенки уста-
навливают с шагом не более 12 d, а выше — не более 20 d.
Стыкование арматуры выполняют преимущественно с применением
контактной сварки (рис. 77).
Для арматуры классов A-I, А-П и А-Ш допускается применение
соединений с парными смещенными накладками. Применение монтаж-
ных сварных стыков внахлестку допускается для тех же сталей диа-
метром не более 18 мм.
Консоли плиты балластного корыта (СП), бортики (СБ) и вуты (СВ)
армируют, как правило, сварными сетками.
В качестве примера на рис. 78 приведена схема расположения сеток плиты
балластного корыта. Пунктирные линии относятся к нижним сеткам плиты.
Арматура 0 12 А-П верхней сетки плиты (СПВ-1) имеет рабочее назначение,
113
йЛсйцаДь арматуры определяется расчетом консольных участков /плиты. Ёся
остальная арматура, а также арматура нижних сеток (СПН-1, СПН-2) — кон-
структивная Диаметр арматуры класса A-I назначают в пределах 8—10 мм,
шаг сеток принимают не более 25 см.
Пролетные строения с ненапрягаемой арматурой размером до 16,5 м
включительно рекомендуется применять для Северной строительно-
климатической зоны.
§ 5. Ребристые пролетные строения с напрягаемой арматурой
Для создания предварительных напряжений используются два основ-
ных способа: натяжение арматуры на специальные упоры и натяжение
на бетон.
Для изгибаемых элементов наиболее целесообразно внецентренное
расположение арматуры. В случае горизонтальной арматуры (рис. 79)
по длине балки величины нормальной силы и момента распределяются
равномерно.
При полигональном или криволинейном очертании арматуры рас-
пределение усилий обжатия более соответствует напряженному сос-
Эпюра N
ШЖЕвИИ
тоянию балки под вертикаль-
ной нагрузкой.
В настоящее время реко-
мендуется применять обжатие
бетона в двух и даже в трех
направлениях. Двухосное об-
ЭпюраМ-Ne
шиии
I)
\N sinot '' “1J
N cosoC "" —----------— ""
[ Эпюра Э-N sin c(
[f| | Д|II H"i i'll11111 и1"»»——1111111 in 11111111II111 II|
Эпюра M 1
Рис. 79. Распределение усилий предвари-
тельного обжатия по длине балки:
а — при горизонтальной арматуре; б — при кри-
волинейной арматуре
жатие создается применением
напряженных хомутов и гори-
зонтальных пучков.
Принцип распределения
нормальных напряжений по
высоте поперечного сечения
показан на рис. 80. В суммар-
ных эпюрах отражены два
возможных случая обжатия
бетона: сжимающие напряже-
ния сохраняются по всей вы-
соте сечения балки (первая
эпюра); в нижних волокнах
имеет место та или иная ве-
личина растяжения (вторая
эпюра).
Железобетонные конструк-
ции мостов в зависимости от
их вида, назначения, усло-
вий работы должны отвечать
требованиям соответствую-
щих категорий по трещино-
114
стойкости, которые отличаются различной вероятностью образова-
ния трещин.
I категория — в расчетных сечениях допускаются растягивающие
напряжения не свыше 7?р (расчетное сопротивление на растяжение
бетона). В частности, к данной категории относятся растянутые пояса
балок.
II категория — в расчетных сечениях допускаются растягивающие
напряжения не свыше 2 7?р, к данной категории относятся стенки про-
летных строений, III категория — расчет производят только по рас-
крытию трещин, которое должно быть не более 0,3 мм. К такой
категории относятся элементы пролетных строений с ненапрягаемой
арматурой.
Расчетное сопротивление (на растяжение), равное 0,5 7?р, прини-
мается только для элементов конструкции, эксплуатируемых в агрес-
сивной среде и для железнодорожных мостов.
В качестве напрягаемой арматуры применяют различные виды вы-
сокопрочных сталей. Наибольшее распространение получила армату*
ра в виде пучков из параллельных проволок диаметром 5 мм. Рекомен-
дуются стандартные пучки из 24 и 48 прямолинейных проволок
(рис. 81), расположенных концентрическими рядами вокруг сердеч-
ника, для которого используется круглая сталь диаметром 8—12 мм.
Каждое кольцо обматывают вязальной проволокой диаметром 1,5—
2,0 мм с шагом 15—20 мм.
Кольцевые пучки составляют из проволок, расположенных в один
ряд вокруг гибкого сердечника в виде спирали; в средней части пучка
оставляют полость, в которую при бетонировании проникает раствор.
Применяются также пучки из семипроволочных прядей заводского
изготовления. Для мостов больших пролетов при натяжении на бетон
используют стальные канаты, обладающие большой прочностью.
Горячекатаная стержневая арматура классов A-IV и A-V может
найти применение для предварительно напряженных хомутов.
Для натяжения пучков, а также для закрепления их в бетоне ставят
концевые и промежуточные анкеры.
115
Рис. 81. Основные формы пучков напряженной арматуры:
а, б — пучки из параллельных проволок, в — кольцевой пучок, г — пучок
ных прядей
из семипроволоч-
Рис 82. Схема армирования предварительно напряженных балок*
Рис. 83. Ребристое пролетное строение с напряженной арматурой:
Расположение предварительно напряженной арматуры в балках
может быть осуществлено по различным схемам (рис. 82). Наиболее
просто решается конструкция с одиночной прямолинейной арматурой,
размещенной в нижнем поясе. Посредством такой арматуры обеспе-
чивается прочность балки и создаются предварительные сжимающие
напряжения у нижних волокон, достаточные для требуемой трещино-
стойкости.
Однако при одиночной арматуре могут возникнуть растягивающие
предварительные напряжения в верхних волокнах. Дополнительные
растягивающие напряжения возникают также, в процессе перевозки
и установки балок из-за строповки в точках, расположенных ближе
к середине балки. Поэтому целесообразно поставить в небольшом коли-
честве верхнюю предварительно напряженную арматуру.
При горизонтальном расположении -: арматуры усилия предвари-
тельного напряжения одинаковы по всей длине балки. Изгибающие
моменты от вертикальной нагрузки, в частности от собственного веса,
уменьшаются к опорам, поэтому суммарные сжимающие напряжения
в нижнем поясе и растягивающие напряжения в верхнем поясе будут
у опор значительно возрастать.
Чтобы рационально распределялось предварительное обжатие,
часть основной предварительно напряженной арматуры выключают из
работы в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Для этого ан-
кера ставятся в местах, где по расчету пучки могут быть выключены
из работы, а участок за анкерами освобождают от сцепления с бетоном
путем обмазки пучка битумом и обмотки его бумагой.
Для восприятия поперечной силы в стенках балок ставятся обычно
ненапряженные хомуты по расчету на выносливость.
Придавая основной арматуре криволинейное или полигональное
очертание,?можно'дполучить дальнейшее улучшение условий работы
на поперечную силу. Вертикальная составляющая от наклонного
117
6П
•wo gj иохвш э ннагавхэоц
ияхаэ инжЗэхо Э1чньэ(1э11о11 и aoBxdBH н гиЛнох ’(ПЭ) иояхээ HOHdAxandB нвекаэ
аомьЛп tfnd HHHxdoa ‘ojox anodX *(ХН) иэнжин и (>jg) naHxdaa — иахэвь xXatf ей
ии^пвохэоэ ‘iqdXxBndB ионнэжвсШвнэн ей nooBxdBx KoxaXsBdgo эеоц иинжин
•иоп^оро gonqurdniio
xousiriiadxX нохар BdaxHB э ииииэЛ xiqHHahoxotfadooo HhBtfadaii хвхэаи g -iqxopBd ей
кэЕвьонгшаа nodaxHB ве вхиЛи яохэвьЛ iqpoxh ‘похэьэвс! пиявх э аохнапоп nodoiiiG
э ииахэхаахооэ а и я игр онией оц и хвяхэвьЛ xiaadono a хвавхэ iqdaxHy ас^аянв
хнаэнжс1э10'0нэвяс1вя XHHHadxAHa oaxotfadooii eadah ажявх в ‘понохар э аояьЛи
кинагиа'пэ oxoHHaaxoVadaouaH пахЛи BoxoiBtfadau нохар вн вихвжро виеиэ^
•вяьЛи хнн
-dXiBndB вай янэЕавхэоц аэкои waaxdaa а ишгиэЛ xH'nioiBaHJKxoBd ии11вэнациоя
Kir'U -xoiBsado хи винажвхвИ вяэЛто атгэоц -айнахэ вн аомьАп BHHairnadxBe keV
вэхслЛеаЕоиэи ияэАшаа их@ пэ 09 ен ияввр 'nadox ве ннэШЛина аояьЛи нПно^
•(gg *эи(1) HdAiEwdu
ионнэж^ценэн ей аоиих xodmoh вдемхээ icnXdHwdte edgod имнэхэ
•ww д wodxowuH# xoiroaodu ей Heaoeedpo моьХц HiqHdXxewdu hhV
-же){ *эное HoxXHEioed я e№d estr 9 Ееннэжсмгоцэ^ ‘edXiewde кеннэж
-nduuH oHqiroiHdegVodu иенэонэо ожшох енееемои онэоеэХ (^g -ond) эж
-oxdoh woHdXxewde upj •ии'пмтМхэноя хганнэж^иенэн EirV и лея ‘эж
иояех иэхэехэо иэеоэноя xHHduXiodx и ихг^оя ojohiowwq ewdo0
•wo gg oV icHEdHinX ээ wedouo я !иэ д% — edgod еянэхэ кеянох
exEHHdu (gg -OHd) хииШтЫхэнои хнннэжкЗцен oHqiroxHdeq'n'odu g
•xeMireg хнннэж^пён oHHiroxHdegV'odu э иинэж
-KduuH xHtonegHJExoed хнндиЕх хиптчЕодиен еноЕяен XirxX хэХдхэхэд
-хооэ охь ‘иядод иэо я Ooi—09 woitjX Vou gxexeu’oiioed онжсж хеяхэеьЛ
xHHdouoHdu 9 hxXwox эияе^ ’дохЛиох XIЧннэжEdцeн OH4ifoxHdeg'czodu
хвяхаэ a iqdXxBndB аинажоиоиэв^ gg эид
STI
игмельЛц ишчнч1гехноеи(1ол кинэо(11э ojoHiairodii ojoiondQad aHHBaodHKdy fg ohj
ВЛ90НЕ1Э0Ц i9Ed09iw90tfX ошэоеэХ Xwoig ‘иинэжЕсШин хи^погеэилихэис!
XI9H9UIM omHOirgudiiUH я omshitq xiqdoxox OHnairgudiiUH ‘итоеиэ бинэж
-EduuH OHlnoiugHJEioud эннэиел чхитилои OHSudpooaairali ээЕорииц
• -HMsXdJUH И0НШЭН9 10 Э1ГИЭ HOHhodaiJOII ОНЖОЕОИОЭИХ
-odii HOHHOirguduuH ‘gj iqirno noHhadauou эинэмеоц xouqiqsiqq j\[ еиеиэЛ
120
Арматура 0 8 имеет конструктивное значение и ставится с ша-
гом не более 20 см. Число вертикальных стержней 0 14 и 16 мм опре-
деляют расчетом, как ветви хомутов. ,
Плиту балластного корыта, не напряженную в поперечном направ-
лении, армируют так же, как в пролетном строении из обычного же-
лезобетона.
Полигональное размещение арматурных пучков рассмотрим на
примере пролетного строения, представленного на рис. 86.
Места перегиба пучков фиксируются оттяжками «Л» и «5». Каждая оттяжка
состоит из двух стальньу планок толщиной 20 мм. Между планками расположены
трубки диаметром 45 мм, число которых соответствует числу отогнутых пучков.
Планки стянуты между собой болтами диаметром 36 мм, пропущенными через
трубки.
Нижние концы оттяжек прикреплены к стендам для натяжения арматуры.
После твердения бетона и отпуска натяжения нижние концы оттяжек срезают.
Для Северной строительно-климатической зоны предварительно на-
пряженные конструкции железнодорожных мостов первоначально
рекомендуются в качестве опытных, по соответствующим техническим
указаниям.
§ 6. Пролетные строения со сквозными фермами
а)
Рис. 87. Схемы решеток железобетонных
ферм
а — треугольная решетка; б — раскосная ре-
шетка; в — ферма с жестким поясом
т
Сквозные пролетные строения включают безраскосные и решетчатые
фермы, а также балки, имеющие вырезы в стенках. Для таких конст-
рукций характерно снижение объема бетона и уменьшение собствен-
ного веса по сравнению с конструкциями со сплошной стенкой. Пролет-
ные строения со сквозными конструкциями можно осуществлять в раз-
личных вариантах. Применяются монолитные и сборные, разрезные и
неразрезные пролетные строения, с ездой понизу и поверху.
В мостах под железную до-
рогу, в связи , с повышенными
требованиями к их жесткости,
находят применение только ба-
лочные сквозные фермы.
Минимальное число элемён-
тов и стыков получается при
треугольной решетке (рис. 87).
Симметричные узлы такой ре-
шетки удобны для унификации
их конструкции. Недостатком а
является сравнительно большая
длина панели; постановка до-
полнительных стоек и подвесок
приводит к усложнению узлов.
Целесообразный размер пане-
ли можно получить, применяя
раскосную решетку. В приведен-
ной схеме все раскосы сжаты, а стойки преимущественно растянуты,
что дает возможность уменьшить объем предварительно напряженного
бетона для растянутых элементов.
Более экономичное решение можно получить путем применения
комбинации стержневых элементов, работающих на нормальные уси-
лия, и изгибаемой балки. Внецентренное прикрепление раскосов в уз-
лах дает возможность уменьшить изгибающий момент в нижнем поясе.
Наличие жесткого пояса позволяет применить его в качестве подмос-
тей для монтажа остальных элементов пролетного строения.
В 1974 г. был закончен монтаж сквозного пролетного строения раз-
мером 66 м под автодорогу из центрифугированных элементов. Распор-
ки, опорные раскосы и верхние пояса выполнены из обычного центри-
фугированного железобетона в виде труб с наружным диаметром 60 см
и толщиной стенок 12; 14 и 17 см. Растянутые элементы ферм с толщи-
ной стенки 10 см были изготовлены из предварительно напряженного
железобетона. Концы центрифугированных труб для соединения в уз-
лах ферм снабжены металлическими сварными фланцами.
§ 7. Консольные и неразрезные пролетные строения
Консольными и неразрезными пролетными строениями можно пере-
крывать большие пролеты, чем разрезными. Это достигается в резуль-
тате уменьшения положительных моментов в пролетах вследствие воз-
никновения отрицательных моментов над промежуточными опорами
неразрезных и консольных систем.
Благодаря этому может быть- уменьшена высота главных балок,
а следовательно, и объем железобетона по сравнению с разрезными
системами. Неразрезные пролетные строения статически неопределимы
и поэтому при неравномерных осадках опор в них могут возникать до-
полнительные усилия. Для применения неразрезных систем необходи-
мо надежное устройство оснований опор.
Консольные системы статически определимы, но наличие шарниров
в системе повышает ее деформативность и приводит к конструктивным
усложнениям и эксплуатационным неудобствам. Для железнодорож-
ных мостов с тяжелой временной нагрузкой значительно увеличивается
дополнительное воздействие, поэтому применение таких систем носит
ограниченный характер. Наибольшее распространение консольные
системы получили в автодорожных мостах.
Неразрезные и консольные системы применяют для средних и
больших пролетов. Неразрезными пролетными строениями обычно
перекрывают два-три пролета (рис. 88). В отдельных случаях число
пролетов достигает пяти и более.
В случае большой длины моста можно поставить несколько нераз-
резных пролетных строений.
Соотношение размеров рекомендуется назначать из условия урав-
нивания изгибающих моментов в середине всех пролетов. Так для трех-
пролетной схемы характерно уменьшение крайних пролетов с соотно-
шением = (0,7—0,8) /8.
В зависимости от местных условий возможно решение с равными
пролетами. Консольные мосты могут состоять из одноконсольных или
двухконсольных пролетных строений.
Длину консолей определяют из условия выравнивания моментов.
"Кроме того, большое значение для эксплуатации имеет прогиб консоли
от временной нагрузки. Размер консоли обычно составляет /к = (0,25—
0,4) /1? причем для железнодорожных мостов следует принимать мень-
ший размер.
В практике строительства автодорожных мостов получили рас-
пространение однопролетные консольные мосты, которые строят на
переходах через каналы, малые реки, а также на пересечениях дорог.
Для автодорожных мостов характерно сопряжение с земляным полот-
ном посредством консолей, что исключает сооружение устоев и дает
значительную экономию.
При сопряжении моста с насыпью без устоя необходимо обеспечить
постепенное изменение жесткости проезда при переходе с насыпи на
123
мост, чтобы избежать возможного расстройства и больших осадок
насыпи. Для этой цели применяют железобетонные плиты, которые
закладывают в насыпь и Шарнирно прикрепляют к концу пролетного
строения. Большое уменьшение изгибающих моментов в середине
пролета можно получить устройством противовесов, которые условно
показаны штриховкой.
Высота главных балок рассматриваемых систем колеблется в до-
вольно больших пределах и зависит от величины временных нагрузок
и материала конструкции.
В неразрезных пролетных строениях из ненапряженного железо-
бетона высоту балок в середине пролета назначают от х/10 до х/20 I, а для
предварительно напряженных — от до /; в консольных систе-
мах соответственно (У10 — V20) I и (х/15 — V30) /; в мостах с проти-
вовесами эта величина может быть снижена до х/80 /. Верхний предел
соответствует железнодорожным нагрузкам.
Очертание низа главных балок может быть ломаным, с вутами
длиной от 0,15 до 0,2 /, или криволинейным.
Увеличение высоты балок к опорам соответствует очертанию эпюр
изгибающих моментов. Отрицательные моменты над опорами, как
правило, больше по величине по сравнению с моментами в середи-
не балок. Кроме того, в результате действия отрицательных моментов
возникает сжатая зона в нижней части сечения, площадь которой
в тавровых сечениях увеличивается с увеличением высоты. В неразрез-
ных и консольных пролетных
строениях небольших проле-
тов высоту балки над опора-
ми увеличивают на 20—40%.
Для значительных пролетов
высота сечения на опоре по
данным практики строитель-
ства увеличивается в несколь-
ко раз, от 1,7 до 3,8.
Если балки имеют двутав-
ровую форму, то в надопор-
ном участке следует ввести в
поперечное сечение нижнюю
плиту. При постоянной высо-
те балки достигается унифи-
кация размеров сборных эле-
ментов и создаются условия
для продольной надвижки.
Для неразрезных и кон-
сольных систем применяют-
ся сечения: тавровое, дву-
тавровое и коробчатое
(рис. 89). Тавровое сечение
используется для небольших
пролетов мостов без предва-
рительного напряжения.
Рис. 89 Поперечные сечения неразрезных и
консольных балок:
а — тавровое; б — двутавровое, в, г, д — короб-
чатые, 1 — стык арматуры
124
Рис. 90 Коробчатое сечение современного моста*
1 — консоль; 2 — плиты проезжей части, 3 — цементное покрытие
Более экономично двутавровое сечение, в котором для размещения
рабочей арматуры производится развитие нижнего пояса. Для больших
пролетов целесообразно применение коробчатых сечений, которые вос-
принимают крутящие моменты. В широких мостах (автодорожных)
применяют две или большее число коробчатых балок. Чтобы упро-
стить заводское изготовление сборных конструкций, коробчатое сече-
ние расчленяют на ряд плоских плит. Укрупненная сборка произво-
дится на строительной площадке, где коробчатое сечение образуется
путем сварки выпусков арматуры с последующим омоноличиванием
стыков. Коробка может иметь постоянную ширину или убывающую
книзу для уменьшения объема опор.
Перспективны для широких автодорожных мостов новые конст-
руктивные формы балок коробчатого сечения со сборными навесными
консолями сквозной конструкции. В таких конструкциях используется
принцип концентрации материала в одной центральной коробке
(рис. 90). Это сечение, было применено для эстакад моста, построен-
ного в Австралии,
Общая длина моста ^составляет 1520 м, пролет балочной конструкции 66,8 м.
Мост предназначен'под автомобильную дорогу с шириной проезжей части
35,8 м. Благодаря трапециевидной форме основной несущей балки оказалось
возможным значительно уменьшить массу сборных блоков, .которые были собра-
ны без боковых консолей. Вслед за сборкой основной коробки производился мон-
таж консолей и железобетонных плит проезжей части и выполнялось цементно-
бетонное покрытие.
Изготовление и монтаж одной коробчатой балки занимает значи-
тельно меньше времени, чем двух раздельных коробок.
Для армирования неразрезных балок без предварительного напря-
жения в качестве основной арматуры применяются стержни периоди-
ческого профиля. Арматуру располагают рассредоточенно — в пучках
или в виде сварных каркасов, как и для разрезных балок.
Особенностью армирования неразрезных балок является располо-
жение рабочей арматуры у верхнего волокна в местах действия отри-
цательных моментов. На участках с положительными моментами арма-
тура, как и в разрезных балках, размещается в нижней части сечения.
Армирование ребра неразрезной балки показано на рис. 91. В се-
редине крайнего пролета поставлено 15 нижних стержней диаметром
36 мм, а в опорном сечении 13 верхних стержней того же диаметра.
125
ЬФЗбЯЧ
Рис 91 Армирование ребра неразрезной бал^и
Стержни нижней арматуры, в соответствии с огибающей эпюрой мо-
ментов, отгибаются вверх; часть из них проходит через верхнюю зону
опорного сечения в средний пролет.
Для снижения трудоемкости работ арматуру следует изготовлять
в виде отдельных жестких каркасов.
Кроме основной арматуры, нижняя грань вута армируется допол-
нительными стержнями № 9. Как и в разрезных балках, необходима
постановка продольной арматуры и хомутов.
Места опирания неразрезных балок на опорные части армируют
в несколько рядов сварными сетками, воспринимающими значитель-
ные местные напряжения.
Предварительно напряженные неразрезные про-
летные строения могут быть сооружены несколькими способами. За
рубежом часто применяется способ сооружения неразрезных балок на
сплошных подмостях с последующем натяжением арматуры на бетон.
Этот способ, связанный с большими затратами труда и материалов,
в СССР не применяется.
За рубежом широко применяется также способ навесного бетони-
рования, который имеет большие преимущества перед способом сбор-
ки на сплошных подмостях. В отдельных случаях этот способ находит
применение в СССР.
Для советского мостостроения характерно применение сборного
железобетона Сборные элементы балок (рис. 92, а, б) могут быть из-
готовлены на берегу, а затем перемещены в пролет при помощи плаву-
чих опор или продольной надвижкой. Стыки между отдельными бло-
ками располагают над опорами или в местах наименьших изгибающих
моментов. В последнем случае необходимо устройство временных
опор.
Наибольшее распространение имеет способ навесной сборки, когда
балка составляется из коротких коробчатых блоков.'
Перспективным является способ, посредством которого неразрез-
ная балка образуется из отдельных блоков на берегу с одновременной
продольной надвижкой в проектное положение.
126
При применении соответствующих кранов масса блока может до-
стигать 40—50 т.
Неразрезные балки армируют предварительно напряженной арма-
турой по различным схемам (рис. 93). Схема армирования зависит так-
же от способа сооружения пролетного строения.
По схеме «а» пучки арматуры объединены в крупные плети, арма-
тура криволинейна; над опорами арматура расположена у верхней
грани сечения, а в середине пролетов — у нижней грани.
Натяжение арматуры производится одновременно с торцов балки.
Такую схему применяют при бетонировании или сборке на сплошных
подмостях, так как до натяжения арматуры нельзя передавать на балку
изгибающие моменты.
Для восприятия отрицательных моментов поставлена и натянута
верхняя дополнительная арматура
При навесной сборке или навесном бетонировании применяется
схема армирования, показанная на рис. 93, в. В этом случае каждый
навешиваемый блок или бетонируемый участок закрепляется анке-
рами. После образования очередного участка производится натяжение
пучков, заканчивающихся для данного блока. Количество этих, пуч-
ков определяется расчетом на собственный вес, а также на вес сбороч-
ного крана и других монтажных обустройств. После сборки блоков ста-
вятся и натягиваются пучки нижней арматуры, которые необходимы
для работы на положительные изгибающие моменты.
Пучковую арматуру располагают в углублении, оставленном в пли-
те проезжей части коробчатого сечения (рис. 94) или в специально
предусмотренных каналах Нижнюю арматуру укладывают поверху
нижней плиты с последующим омоноличиванием ее после натяжения.
Такой способ расположения арматуры (открытый) удобен для пролет-
ных строений, сооружаемых навесной сборкой. Конструкция блоков
получается простой и технологичной Слой бетона омоноличивания
пучков получается необжатым, что приводит к появлению в нем боль-
шого количества трещин. Расположение пучков арматуры в каналах
устраняет этот недостаток, но при этом значительно усложняется про-
цесс монтажа. Несмотря на некоторые трудности, конструкция с кана-
лами применяется довольно часто.
Пучки напрягаемой верхней арматуры (рис. 95) расположены в уг-
лублении плиты проезжей части Концы пучков закрепляют на высту-
пах нижней поверхности плиты конусными анкерами и натягивают
домкратами двойного действия. После окончания натяжения всей арма-
туры каналы инъектируют цементным раствором, а углубление в плите
заполняют бетоном Поперечное армирование балки коробчатого сече-
ния выполняют из ненапрягаемой арматуры периодического профиля.
Неразрезные балки больших пролетов неэкономично делать сплош-
ными, так как высота балки над опорами достигает значительных раз-
меров Поэтому для мостов с большими пролетами применяют пролет-
ные строения со сквозными главными балками. При-
мером такого решения может служить автодорожный мост через р. Вол-
гу, русловая часть которого перекрыта пятипролетной неразрезной сис-
темой по схеме 104,8 + 3 X 166,0 + 104,8 м (рис. 96).
127
Рис 92. Схемы образования сборных неразрезных пролетных строений
Риъ 93 Схемы армирования неразрезных балок с преднапряженной арматурой
128
Рис 94 Варианты расположе-
ния преднапряженной армату
а — открытое расположение армату-
ры, б — арматура в каналах
Рис 95 Армирование коробчатого сечения
/ — арматурный пучок, 2 — канал для пропуска пучка, 3 — конусный анкер
Рис 96 Конструкция сквозного пролетного строения.
5 Зак, 1298
129
Над опорами, где требуется большая высота сечения, запроектирована
сквозная конструкция. В средней части пролета, где высота значительно мень-
ше^ пролетное строение имеет сплошные участки.
При ширине проезжей части 15 м пролетное строение составлено из четырех
главных ферм. Сквозная часть длиной 120 м имеет треугольную решетку.
Сквозные фермы были собраны на берегу, соединены попарно и на плавучих
средствах доставлены в пролет. Средний сплошной участок сооружали отдельно.
После транспортирования на место его объединили со сквозной частью стыками,
воспринимающими изгибающие моменты.
Нижний пояс фермы и раскосы имеют прямоугольные сечения. Высота
сечения пояса уменьшается от опоры к середине пролета от 135 до 90 см, а
ширина — от 90 до 65 см. Верхний пояс фермы имеет двутавровую форму, его
верхняя полка служит плитой проезжей части.
Напрягаемая арматура образована из тросов диаметром 45 мм и расположена
в нише плиты верхнего пояса.
Так как в пределах панели от временной нагрузки возникает положитель-
ный момент, напрягаемая арматура поставлена у нижней полки попереч-
ного сечения.
Узловое уширение объединено с растянутым раскосом, который армирован
пучками арматуры, заанкеренными в бетоне посредством каркасно-стержневых
анкеров.
Для больших пролетов со сквозными фермами экономия железобе-
тона достигает 30% по сравнению с конструкциями со сплошной
стенкой.
ГЛАВА IX
РАМНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
§ 1. Схемы рамных мостов
Отличительной особенностью рамных мостов является жесткое соеди-
нение ригеля рамы со стойками. Изгибающие моменты, которые воз-
никают в стойках под нагрузкой, значительно уменьшают положитель-
ный момент в ригеле даже по сравнению с неразрезной балкой того же
пролета. Рамные мосты экономичней балочных по расходу железобе-
тона. С другой стороны, опоры рамных мостов работают на сжатие и
изгиб, поэтому для стоек требуется сильное армирование, что приводит
к увеличению расхода металла (арматуры).
К числу достоинств рамных мостов следует отнести уменьшение
строительной высоты и размеров опор (стоек) по сравнению с другими
системами, что способствует увеличению подмостового пространства.
Основным недостатком рамных мостов из ненапряженного железо-
бетона (рис. 97) является ограниченная возможность применения сбор-
ных конструкций. Элементы, изготовленные в заводских условиях,
необходимо объединять монтажными стыками, расположенными в се-
чениях со значительными изгибающими моментами. Кроме того, рам-
ные мосты вследствие небольших размеров стоек нельзя применять на
реках с ледоходом.
Поэтому рамные системы, показанные на рис. 97, часто применя-
лись для путепроводов и эстакад взамен высоких насыпей на подходах
больших мостов.
Сопряжение рамного моста с насыпью может быть выполнено уст-
ройством крайней стойки, входящей в насыпь. Для мостов под автодо-
рогу характерно сопряжение посредством консоли. Чтобы уменьшить
расстройства сопряжения, в насыпь укладывают железобетонную пли-
ту, шарнирно опертую на конец консоли.
В случае пересечения выемок, когда высота крайних стоек неболь-
шая, целесообразно заменить их устоями.
При большой длине рамной конструкции (эстакада) в ней могут
возникать дополнительные изгибающие моменты от воздействия тем-
пературы. Можно уменьшить влияния изменений температуры и усадки
бетона устройством деформационных швов или шарниров. Деформа-
ционные швы могут быть образованы между двойными стойками на про-
межуточной опоре. В другом варианте дано решение в форме продоль-
но-подвижных опорных частей подвесной балки. Расстояние между
швами вдоль оси моста принимают для железнодорожных мостов не
более 40 м, а для мостов под автомобильную дорогу 50—70 м.
В рамах с шарнирным опиранием стоек достигается меньшая чув-
ствительность к неравномерным осадкам опор и изменениям темпера-
5* 131
туры. Одрако устройство шарниров в стойках затрудняет производства
работ, а в дальнейшем усложняет эксплуатацию мостов.
Приведенные схемы рамных мостов характерны для монолитных
сооружений. Пролеты таких мостов под железную дорогу сравнитель-
но невелики; они с успехом могут быть заменены балочными сборными
мостами на свайных или стоечных опорах.
В настоящее время монолитные рамные мосты применяют сравни-
тельно редко, главным образом в путепроводах и эстакадах.
Применение предварительно напряженного железобетона в рамных
мостах позволило расширить диапазон использования таких систем,
так как появилась возможность монтировать их из сборных конструк-
ций. Во Франции и ФРГ построен ряд мостов рамной системы с проле-
тами до 80 м.
В СССР построен железнодорожный путепровод оригинальной
конструкции (рис. 98, а) с пролетом 52 м. Он осуществлен в форме одно-
пролетной консольной рамы с шарниром в середине пролета, обеспечи-
вающим возможность продольного перемещения. При такой схеме
получается однозначная эпюра моментов в растянутой верхней зоне.
Основным элементом' современной системы из сборных элементов
является Т-образная рама. Консоли смежных рам соединены шарниром,
Рис 97. Схемы рамных мостов из ненапряжен-
ного железобетона
а, б, в — путепроводы, г, <9 —эстакады, / — переход
.пая плита; 2 — подвесная балка
допускающим продольные
перемещения. Такая си-
стема называется рамно-
консольной.
Если же на концы ри-
гелей соседних рам опереть
подвесные балки, то систе-
ма • будет называться рам-
но-подвесной.
В ригелях этой системы
преобладают отрицатель-
ные изгибающие моменты,
поэтому напряженную ар-
матуру размещают в верх-
ней зоне ригеля.
В Т-образных рамах
рамно-консольных и рам-
но-подвесных систем риге-
ли по всей длине имеют
переменную высоту. Очер-
тание нижнего пояса вы-
полняется прямолинейным
или криволинейным. Риге-
ли рам сооружают обычно
навесным способом из бло-
ков небольших размеров.
Рамно-консольными и
рамно-подвесными система-
ми можно перекрывать про-
132
деты 120—150 м (под авто-
мобильную нагрузку) Для
таких больших пролетов
сплошная конструкция ри-
геля становится невыгод-
ной и поэтому в рамно-под-
весных системах приме-
няют сквозные ригели.
Раскосы ригеля могут
быть нисходящими, рабо-
тающими на растяжение,
и восходящими — на сжа-
тие. В средней части обыч-
но применяют подвесные
балки со сплошной стен-
кой.
Рамно-консольная си-
стема статически неопреде-
лима, поэтому на величину
усилий оказывают влия-
ние возможное смещение
опор, изменение темпера-
туры и усадка бетона. Рам-
но-подвесная система ста-
тически определима, в ней
Рис 98 Схемы рамных мостов из предвари-
тельно напряженного железобетона
а — путепровод, б, в — рамно-консольные системы;
г, д — рамно-подвесные системы; 1, 3 — шарниры;
2 — противовес; 4 — подвесная балка
не возникают дополнитель-
ные усилия от перечислен-
ных выше воздействий.
Рамно-консольные и
рамно-подвесные мосты хо-
рошо приспособлены для навесной сборки. Однако в рамно-консоль-
ных и рамно-подвесных мостах из-за наличия шарниров имеет место
большая деформативность. В шарнирах таких систем под влиянием
нагрузки возникают значительные переломы профиля пути, что при-
(водит к увеличению динамического воздействия подвижного состава
на конструкции. Поэтому конструкции с шарнирами в балках или ри-
гелях рам в железнодорожных мостах применяют редко.
Такие сборные рамные мосты получили распространение под авто-
мобильную нагрузку в виде рамно-подвесных систем.
§ 2. Конструкция рамных мостов
Рамные мосты со сравнительно небольшими пролетами (путепроводы)
осуществлялись ранее в виде, монолитных конструкций, бетонируе-
мых на строительной площадке.
Высоту ригеля (обычно таврового сечения) под железнодорожную
нагрузку назначали от до пролета. Для трехпролетных рам со-
133
отношение пролетов устанавливали с учетом выравнивания положи-
тельных моментов, = (0,74-0,8) /2.
Ригели рам армировали стержневой арматурой периодического
профиля так же, как и неразрезные балки.
Стойкам рам придавали прямоугольное сечение с симметричным
армированием, так как моменты, действующие в плоскости рамы,
могут иметь разные знаки. Характерной особенностью работы стоек
является внецентренное сжатие, поэтому для устойчивости рабочей
арматуры необходимо обеспечить постановку достаточного количе-
ства хомутов (рис. 99) в соответствии с действующими нормативами.
Рабочая арматура стоек должна быть заведеир в ригель на длину,
достаточную для надежной заделки. Рабочую арматуру стоек разме-
щают так, чтобы она проходила между стержнями ригеля, или нижнюю
арматуру ригеля обрывают^ обеспечивая пропуск арматуры стойки.
При армировании концевых узлов рамы нужно поставить стержни
арматуры, проходящие без перерыва из стойки в ригель. Это требо-
вание вызвано тем, что под действием изгибающего момента возникает
растяжение наружных волокон узла. Хомуты в этом узле целесо-
образно поставить' радиально для лучшего закрепления рабочей ар-
матуры.
Консольные выпуски (рис. 99, в) ригеля, на которые могут опираться
подвесные балки, армируют в соответствии с условиями их работы. В сечении
I — I возникает изгибающий момент от опорного давления подвесной балки и по-
перечная сила, равная этому давлению.
Рис. 99. Детали армирования рамных ненапряженных мостов
Для восприятия растягивающих усилий верхнюю часть выступа армируют
горизонтальной арматурой. Поперечная сила воспринимается наклонными
стержнями, которыми армируют наиболее напряженные сечения I — I в начале
выступа. Кроме того, в верхней части выступа хомуты и продольную арматуру
располагают чаще Опорное давление ог подвесной балки передается через
опорные части той или иной конструкции, в местах расположения их должны
быть поставлены арматурные сетки.
Шарнир для опирания стойки (рис 99, г) образуется двумя рядами стержней,
которые заведены в стойку и в фундамент и пересекаются в плоскости опирания
стойки. В этом месте бетонное сечение стойки в средней части доведено до мини-
мума, а остальная часть отделяется от фундамента упругими прокладками (ре-
зина или войлок, пропитанный' битумом) Поворот стойки в таком простейшем
шарнире происходит за счет изгиба пересекающихся стержней.
Рамно-консольные и рамно-подвесные системы целесообразно при-
менять для автодорожных мостов с пролетами более 40 м. Высота ри-
геля в середине пролета изменяется в довольно широких пределах —
от до Vm пролета. Длину подвесной балки можно назначать от
х/5 до V2 пролета, при этом изменение длины подвесного пролета суще-
ственно не отражается на объеме железобетона.
Наибольшее распространение в СССР получили рамно-подвесные
системы. Такие системы.разработаны Союздорпроектом для пролетов
в свету до 120 м. В мостах пролетами 60 и 80 м ригели запроектированы
в форме коробчатой балки переменной высоты. Для пролетов 100.и
120 м предусмотрен вариант в виде раскосных ферм переменной высоты.
Конструкция рамно-подвесного моста с коробчатым ригелем при-
ведена на рис. 100. Мост имеет три пролета 54 + 84 + 54 м, которые
перекрыты5 двумя Т-образными рамами с ригелями длиной по 60 м,
составленными из блоков. Подвесные балки приняты одинаковой дли-
ны по 24 м. Высота сечения ригеля переменная с криволинейным
очертанием низа ригеля по круговой кривой. В зависимости от ши-
рины проезда (габарита) в поперечном сечении располагаются две
или три коробчатые балки. Промежутки между балками перекрыты
сборными плитами, которые объединяются с балками посредством вы-
пуска йрматуры. Длина всех блоков, за исключением примыкающих
к опоре, равна 3 м.
Блоки армированы сетками из ненапрягаемой стержневой арматуры диамет-
ром 10 мм. Предварительно напрягаемая арматура состоит из пучков высоко-
прочной проволоки по 24 проволоки диаметром 5 мм. С внутренней стороны по
торцам блоков имеются утолщения, которые используют для образования ка-
налов и последующего закрепления анкеров арматуры. Швы между блоками
заполняют синтетическим клеем.
Подвесной пролет образуется из двутавровых балок, по которым укладывают
сборные плиты мостового полотна Балки попарно соединяют распорками по-
средством выпуска арматуры с последующим омоноличиванием стыка.
Опоры объединены с ригелем в одно целое и составляются из сборных пу-
стотелых блоков; высота блока равна 1 м. Верхняя часть опоры в пределах вы-
соты ригеля выполнена в виде раздельных столбов, расположенных в плоскости
каждого ригеля. Крайние блоки опоры обжаты предварительно напрягаемой
пучковой арматурой, расположенной по внутренним сторонам стенок блоков.
Нижние концы пучков заанкерены в монолитном фундаменте опоры. Носовые
и торцовые отсеки пустотелых блоков заполняются бетонной кладкой, а средний
блок — крупнозернистым песком.
Объем бетона на 1 м2 площади пролетного строения составляет 0,5 — 0,55 м3,
расход арматурной стали 80 — 85 цг/ц2.
135
Для пролетов 80 м Гипроавтотрансом запроектированы сквозные
фермы, которые образуют консоли Т-образных рам (рис. 101). Расстоя-
ние между осями сквозных ферм составляет 6 м. Каждая консоль со-
стоит из четырех сквозных и одной сплошной панели коробчатого се-
чения.
Нижние пояса, стойки и раскосы выполнены из линейных элемен-
тов в форме железобетонных брусков. Верхние пояса ферм образуются
продольными балками, которые состоят из двух продольных элементов
с каналами для размещения предварительно напряженной арматуры.
Рис 100. Конструкция рамно подвесного мрста с коробчатым ригелем
137
Три поперечных элемента каждой рамы служат связями между
фермами и используются для опирания плит проезжей части. Балки
подвесного пролетного строения опирают на специальную опорную
поперечную балку.
По этому проекту в течение последних лет построено несколько
больших мостов.
Примером рамно-консольной конструкции может служить автодо-
рожный мост, построенный в СССР в 1965 г. (рис. 102).
Схема моста необычна, она представляет собой замкнутую раму с наклонными
стойками. Две Т-образные рамы, объединенные шарниром, перекрывают русло
реки. Стойки рам шарнирно соединены с фундаментом, который вследствие боль-
шой величины распора имеет значительное развитие в сторону берегов. Сопря-
жение с насыпями осуществляется подвесными пролетными строениями.
Величина основного пролета понизу составляет 100 м, а поверху—82 м.
Как правило, для таких систем применяют коробчатые сечения. В приведенном
примере размер каждой коробки поверху составляет 2,6 м. Наименьшая тол-
щина верхней плиты 12 см. Размер нижней плиты, воспринимающей сжатие, у
опоры рамы достигает 100 см.
Сборные блоки объединены ^между собой посредством арматурных выпусков
с последующим омоноличиванием швов шириной 30 см.
Соотношение размеров пролетов подобрано с таким расчетом, чтобы по
всей длине ригеля возникали только отрицательные моменты, что дало возмож-
ность расположить пучки рабочей арматуры по всей длине поверху коробки.
В процессе навесного монтажа были применены временные монтажные пучки.
Как уже отмечалось выше, большая деформат явность таких шар-
нирных систем усложняет условия эксплуатации, что особенно не-
допустимо для мостов под железную дорогу.
Вместо рамно-консольной системы путем жесткого соединения кон-
цов ригелей Т-образных рам можно получить рамно-неразрезную кон-
струкцию, в которой создаются благоприятные условия для профиля
пути.
АРОЧНЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
§ 1. Общие сведения
Несущей конструкцией пролетных строений арочных мостов
может быть криволинейная плита (свод) или криволинейный брус
(арка). Концы арочных пролетных строений закреплены и не могут
перемещаться в горизонтальном направлении. Поэтому под действием
вертикальных нагрузок на опорах арочных мостов возникают горизон-
тальные опорные реакции — распор.
Если очертание оси арки (свода) совпадает с кривой давления, то
от постоянной нагрузки будут возникать только сжимающие силы.
Суммарное воздействие постоянных и временных нагрузок в общем
случае вызывает в сечениях арки внёцентренное сжатие.
Изгибающие моменты в сечениях арок, как правило, невелики. По-
этому арочные конструкции экономичнее балочных. Наряду с этим
при выборе типа моста необходимо иметь в виду усложнение формы и
увеличение расхода материалов на опоры арочных мостов.
В мостах применяют бесшарнирные, двухшарнирные и трехшарнир'-
ные арки (рис. 103). Наиболее экономичной и простой конструктивной
формой отличаются бесшарнирные арки.
К недостаткам такой системы следует отнести возможность возник-
новения дополнительных изгибающих моментов от вертикальных и
горизонтальных смещений опор, от изменений температуры, от ползу-
чести и усадки бетона.
Трехшарнирные арки свободны от этого недостатка, как статически
определимые системы. Кроме того, если конструкция сборная, то ее
можно осуществить из крупных элементов (полуарок), объединяя их
между собой и с опорами шарнирами.
Для мостов под железную дорогу рекомендуется применять бес-
шарнирные арки, которые обладают большей жесткостью.
Перечисленные выше схемы относятся к пролетным строениям с ез-
дой поверху. По расположению проезда различают, кроме того, арки
с ездой посередине и понизу.
Арочные пролетные строения состоят из нескольких основных час-
тей. Конструкция, непосредственно воспринимающая нагрузки от по-
движного состава, называется проезжей частью. Эти нагрузки пере-
даются на арки через стойки или подвески.
В пролетных строениях с ездой поверху проезжая часть и стойки
совместно называются надарочным строением.
Арки объединяют связями таким образом, что в горизонтальной
плоскости образуется криволинейная ферма, поясами которой служат
арки.
139
Связи обеспечивают поперечную жесткость пролетного строения,
устойчивость арок при продольном изгибе, а также воспринятие гори-
зонтальных нагрузок.
В пролетных строениях с ездой посередине в проезжей части преду-
сматривается шов, посредством которого проезжая часть выключается
из работы на растяжение как затяжка. Конструкция шва может быть
различной.
При стесненном подмостовом габарите целесообразно применять
пролетные строения с ездой посередине, что дает возможность приме-
нять арки с пологостью х/б (отношение стрелы подъема арки к расчет-
ному пролету Z).
Арочные пролетные строения с ездой понизу целесообразно приме-
нять только в виде арок с затяжками (см. комбинированные системы).
В отдельных случаях надарочное строение применяется в виде
балок, а в середине пролета проезжей частью служит верхняя плита
коробчатого сечения.
Объединение проезжей части с конструкцией арки полностью осу-
ществлено в дисковых арочных пролетных строениях.
Арочные мосты осуществляются из монолитного, сборного или сбор-
но-монолитного железобетона.
Комбинированные системы образуются путем объе-
динения простых систем или усилением простой системы вспомога-
тельными элементами.
Наиболее распространенными в практике строительства железно-
дорожных мостов являются системы, образованные из балки и арки
Рис. 103. Схемы арочных пролетных строений
140
Рис. 104. Схемы комбинированных пролетных строений
а —арка с затяжкой; б ь- жесткая балка с гибкой аркой; в — неразрезная арочная система;
г — арочно-консольная система; д — веерно-подкосная система, е —- балка с гибкими под-
пругами; ж, з — неразрезные балки, усиленные вантами
(арка с затяжкой). Такая конструкция (рис. 104, а) является внешне
безраспорной, что значительно облегчает условия работы опор.
Арки с затяжками применяют в железнодорожных мостах, когда
необходимо перекрывать пролеты более 33 м и когда распорные сис-
темы не подходят по Геологическим условиям.
Могут оказаться также- целесообразными системы в виде жесткой
балки с гибкой аркой (рис. 104, б). В таких системах арки благодаря
малой высоте воспринимают в основном только сжимающие усилия,
а изгибающие моменты передаются на балки. Так как проезжая часть
расположена выше арки, то более целесообразно применять сплошные
своды, в которых при малой высоте обеспечивается значительная пло-
щадь поперечного сечения.
Другие основные виды комбинированных систем получили наиболь-
шее распространение в автодорожных мостах.
Арки с затяжками могут быть представлены в виде неразрезной
системы. В арочно-консольной системе образуется сочетание полу-
арок, затяжки и опор, в результате чего образуются Т-образные рамы
с криволинейным нижним очертанием. Т-образные рамы соединены
между собой продольно-подвижными шарнирами. Такие системы ста-
тически неопределимы.
Ванты (рис. 104, ж и з) работают на растяжение и их обычно вы-
полняют из стальных тросов высокой прочности. Элементы вантов мо-
гут быть защищены от коррозии слоем предварительно напряженного
бетона. Ванты могут быть расположены радиально или параллельно.
141
В последнем случае упрощается конструкция прикрепления их к пи-
лону. Продольные усилия, передающиеся от вантов на балку, полу-
чаются сжимающими, что благоприятно отражается на работе балок.
Система хорошо приспособлена для навесного монтажа, так как отдель-
ные элементы в процессе сборки поддерживаются вантами и дополни-
тельные элементы не требуются.
Вантовые системы отличаются хорошими экономическими пока-
зателями. В последнее время такие системы начинают применять для
железнодорожных мостов.
Веерно-подкосная система (рис. 104, д) отличается от вантовой ха-
рактером работы элементов.
Подкосы, заменяющие ванты, работают на сжатие, а на балку пере-
даются растягивающие усилия.
Веерно-подкосная система особенно целесообразна, когда опоры
имеют значительную высоту (для виадуков); в этом случае можно
назначить наиболее оптимальные углы наклона подкосов к гори-
зонту в пределах 30—60°. Систему можно монтировать методом на-
весной сборки, при этом монтажные элементы балки поддерживаются
подкосами.
Применяется также достаточно экономичная конструкция, в кото-
рой неразрезная балка усилена подпругами.
Система имеет хороший внешний вид, но не приспособлена к навес-
ному монтажу.
Для комбинированных пролётных строений возможны и другие
сочетания конструктивных решений.
§ 2. Конструкции арочных и комбинированных систем
Для арочных пролетных строений под железную дорогу характер
ны поперечные разрезы, приведенные на рис. 105.
При небольших расстояниях^между стойками надарочного строе-
ния (3—4 м) конструкция проезжей части может быть выполнена в виде
плиты, опорами которой являются поперечные стенки, а несущей
конструкцией служит свод. Такая конструкция может быть условно
названа «свод — стенка — плита».
При расстоянии между стойками 6—10 м проезжая часть образуется
в виде ребристой конструкции, а опорами для нее служат стойки, об-
разующие поперечную раму.
В пролетных строениях с раздельными арками надарочное строение
конструируют аналогично.
Нагрузка на арку передается через вертикальную стойку. В слу-
чае значительного расстояния между арками стойки поперечных рам
делаются наклонными. Такую конструкцию сокращенно можно на-
звать «арка — стойка — балка».
Отдельные арки соединяют системой связей, на поперечном разрезе
показан элемент связей — распорка.
Поперечный разрез пролетного строения с ездой посередине при-
веден на рис. 105. Проезжая часть образуется в виде ребристой
142
конструкции, нагрузка с кото-
рой передается на поперечную
балку, подвешенную к аркам
посредством подвесок. Основной
характеристикой арочного про-
летного строения является по-
логость арки (свода), т. е. отно-
шение стрелы подъема арки f к
пролету l> С уменьшением поло-
гости возрастают величина рас-
пора, а также дополнительные
усилия от изменений температу-
ры, ползучести, усадки бетона и
смещения опор. Поэтому нужно
стремиться применять подъемис-
тые арки с отношением f/Z=1/4 4-
4- х/6; в отдельных случаях эта
величина может быть доведена до
х/10 и даже до V16. При значитель-
ной высоте моста (виадук) при-
Рис 105 Поперечные разрезы арочных
пролетных строений '
меняют полуциркульные арки с
отношением fll = V2.
Ширина свода или расстояние
кГежду внешними гранями арок
зависят от габарита проезда (ав-
тодорожные мосты), а минималь-
ный размер определяется по ус-
ловию горизонтальной жестко-
сти: не менее пролета, или не менее х/5 — х/6 стрелы подъ-
ема; минимальная ширина 3 м. Расстояние в свету между арками
в пролетных строениях с ездой посередине определяется габаритом
проезда.
В мостах с большими пролетами ширина свода или расстояние меж-
ду арками может быть переменным, увеличивающимся от середины
пролета к пятам.
Наиболее простые по конструкции пролетные строения со сплош-
ными сводами. Такая конструкция характерна для монолитных мостов
с пролетами до 504-60 м. Высота сечения свода достигает 1/60—1/100
от пролета.
В мостах больших пролетов применяют пустотелые коробчатые
своды (рис. 106), которые в большей степени удовлетворяют условиям
работы под нагрузкой. В широких мостах применяются параллельные
своды, объединенные распорками. Толщину плит и ребер коробчатых
сводов назначают с учетом размещения арматуры. Она должна быть
не менее 20 см.
Дальнейшее облегчение конструкции может быть достигнуто заме-
ной свода отдельными арками. Поперечные сечения арок могут быть
прямоугольными, двутавровыми или коробчатыми. Двутавровые и
коробчатые сечения арок применяют для значительных пролетов (бо-
143
лее 70 м), когда необходимо обеспечить увеличение сопротивления воз-
действию изгибающих моментов.
В. коробчатом сечении достигается большая жесткость в горизон-
тальной плоскости, но усложняются условия бетонирования из-за
необходимости устройства внутренней опалубки. Высота сплошного
прямоугольного сечения колеблется в довольно широких пределах —
от ^зо Д° Veo длины пролета. Двутавровые и коробчатые сечения для
железнодорожных мостов имеют высоту — х/40 пролета; для авто-
дорожных мостов приблизительно г/80. Высоту сечения арок часто
принимают переменной по длине. В бесшарнирных арках высота сече-
ния увеличивается от замка к пятам в 1,2—1,5 раза.
В отдельных случаях для придания внешнему виду моста монумен-
тальности надсводное строение устраивают сплошным в виде двух
параллельных щековых стенок с засыпкой между ними. В целях об-
легчения конструкций такого вида можно в сквозных надсводных
строениях применить декоративные стенки (для автодорожных и го-
родских мостов).
Армирование арок и надарочного строения определяется
характером работы элементов пролетного строения. Ригель надарочно-
го строения армируется как неразрезная балка. Стойки надарочного
строения работают на сжатие совместно с изгибом в продольном и
поперечном направлениях
Стойки обычно армируют продольными стержнями рабочей арматуры, рас-
положенной по контуру, и хомутами, диаметр которых должен быть не менее
8 мм, а расстояние между ними не более 15 диаметров стержня Сечения арок
работают на сжатие с изгибом в вертикальной плоскости Рабочая арматура рас-
полагается в верхней и нижней зонах сечения, так как в арках по длине про-
лета возникают моменты разных зна-
ков Во избежание потери устойчивости
сжатых стержней арматуры необходимо
поставить хомуты, расположение кото-
рых должно удовлетворять требова-
ниям, приведенным для стоек.
Сопряжение арок со стойками и
распорками в монолитных пролет-
ных строениях производят путем
заделки арматуры стоек и распорок
в тело арок. В местах передачи
усилий со стойки на арку необхо-
димо уширить сечение стойки с со-
ответствующим армированием
(рис. 107). Устройство шарниров в
коротких стойках может иметь
простейшую конструкцию.
В сборных конструкциях стыки
элементов арки обычно совмещают
с присоединением распорок. Стык
арки делают такой ширины, чтобы
в него можно было завести армату-
ру распорки.
Рис 107 Армирование арок и надарочного строения
Пример конструкции арочного сборного пролетного строения с ездой поверху
под железную дорогу (проект Гипротрансмоста) показан на рис. 108. Расчетный
пролет арок составляет 53 м, стрела подъема 13,8 м (f/l = 1/3,85).. Арки состав-
лены из прямолинейных монтажных элементов с поперечным сечением дву-
тавровой формы. Высота сечения арок принята постоянной по длине (1,4 м);
длины монтажных элементов арки также одинаковы, за исключением двух раз-
мером 4,5 м.
145
Конструкцйя npoJietHoto строения с ездой посередине из сборного железо-
бетона (рис. 109) осуществлена на большом мосту под железную дорогу, по-
строенном в СССР по проекту Гипротрансмоста. Пролет арок составляет 150 м,
стрела арки — 40 м (fU = 1/3,75). Такое решение (в виде подъемистых арок) вы-
звано необходимостью уменьшить распор, передающийся на опоры, фундаменты
которых основаны на длинных железобетонных оболочках.
Арки — бесшарнирные с постоянной высотой сечения 4 м (1/37,5 Z). Монтаж-
ные элементы расчленены поперечными швами в местах прикрепления подвесок
и стоек. Поперечное сечение арки составлено из плоских заводских плит, ко-
торые объединялись в коробчатые сечения в процессе монтажа.
Проезжая часть поддерживается поперечными рамами, состоящими из по-
перечных балок и стоек (или подвесок). Поперечные балки имеют П-образное
сечение. Продольные балки проезжей части расположены сверху поперечных
балок и объединены с ними в неразрезную систему. В поперечном сечении про-
дольные балки образованы из двух П-образных блоков. Подвески, работающие
на растяжение, армированы также напряженной арматурой.
Из комбинированных систем в практике строительства
мостов под железную дорогу наибольшее распространение получили
арки с затяжками. Это пролетные строения с ездой понизу, в которых
распор арок воспринимается специальными элементами — затяжками.
Внешне это статически определимые системы, а на опоры передаются
только вертикальные реакции. В зависимости от соотношения жестко-
стей арки и затяжки различают: жесткие арки с жесткими затяжками
(рис. 110), гибкие арки с жесткими затяжками и жесткие арки с гиб-
кой затяжкой. Жесткость и гибкость зависят от соотношения жестко-
стей арки и затяжки (элемент считается жестким при отношении момен-
тов инерции не менее 80). Поэтому при таком их соотношении можно
считать, что изгибающие моменты в гибких элементах малы и ими мож-
но пренебречь, а распределение усилий считать таким, как это пока-
зано на рис. 110. Если моменты инерции арки и затяжки несколько
различны, приближенно считают, что изгибающий момент распреде-
ляется пропорционально их жесткостям. '
Рис. 108. Арочные пролетные строения из сборного железобетона с ездой поверху
146
Рис. 109. Пролетное строение под железную дорогу с ездой посередине (продоль-
ный разрез)
Наиболее экономичными являются пролетные строения с жесткой
аркой и жесткой затяжкой. Жестким затяжкам присуще еще и то
преимущество, что элементы затяжки могут быть использованы как
подмости для сборки верхнего строения. Кроме того, пролетное строе-
ние с жесткими аркой и затяжкой можно собрать на берегу, а затем на
плаву доставить к месту установки. Высоту жесткой затяжки железнр-
дорожных мостов назначают (1/35-4-1/45) I, а арки — 1/45-4-1/50. По-
перечные сечения жестких арок и затяжек целесообразно принимать
двутавровой формы. Стрелу подъема арок назначают (1/4,54-1/5^5) I.
Растянутые элементы (затяжки и подвески), как правило, проекти-
руют из предварительно напряженного железобетона. Снижения ве-
личины изгибающих моментов в арках и затяжках можно достичь
применением наклонных подвесок. В этом случае достигается экономия
материалов на 10—15%, но значительно усложняется конструкция.
Примером сборного пролетного строения в виде жесткой арки е же-
сткой затяжкой может служить конструкция, разработанная под же-
лезную дорогу Гипротрансмостом в содружестве с МИИТом. Пролет-
ное строение запроектировано с расчетным пролетом 65 м со стрелой
подъема 14,71 м (1/4,4 I). Поперечное сечение арок двутавровое с по-
стоянной высотой 155 см (1/42 /).
При больших сжимающих напряжениях применяют косвенное
армирование в виде спиральной арматуры или арматурные сетки
(рис. 111).
Арка состоит из прямолинейных монтажных элементов, стыкуемых в местах
прикрепления подвесок и распорок. Жесткая затяжка имеет двутавровое сечение
высотой 187 см (1/35 /).
147
пшд
Подвески имеют прямоугольное сечение. В верхней части подвесок и по
торцам элементов арки поставлены стальные закладные части — фасонки
рис. 112), используемые во время монтажа для скрепления блоков арки. Распорки
и подвески прикреплены к фасонке монтажными болтами, для которых преду-
смотрены овальные отверстия. Подвески армированы напряженной арматурой,
натягиваемой на упоры.
Нижний узел, соединение подвески с жесткой затяжкой, выполнен в виде
стального сварного башмака. Пучки арматуры подвески заканчиваются петлями,
сквозь которые пропущены круглые стержни диаметром 60 мм. Подвески при-
крепляются к затяжке посредством болтов диамет-
ром 36 мм. Для предохранения болтов от коррозии
под башмаки подкладывают прокладки из битуми-
низированного войлока.
Проезжая часть состоит из поперечных бло-
ков П-образного сечения, которые устанавли-
вают на нижние пояса двутавров затяжки.
Образуется сплошной настил, одновременно
Используемый как система горизонтальных
связей между главными фермами пролетного
строения. Недостатком такой конструкции
является большое количество поперечных
швов, в результате чего возникает значитель-
ная деформативность проезжей части в про-
дольном направлении при проходе временной
нагрузки.
Более перспективной может быть конст-
рукция проезжей части из продольных и по-
перечных балок (рис. 113). Поперечные балки
для снижения строительной высоты следует
проектировать с нижними выступами, на ко-
торыехопираются продольные балки.
Рис 111. Армирование
жесткой арки (попереч-
ное сечение):
1 — спиральная арматура,
2 — продольная арматура
148
Рис 113 Конструкция
проезжей части:
1 — продольная балка, 2 — попереч
ная балка; 3 — высокопрочные бол
ты; 4 — бетон омоноличивания, 5 —
выпуски арматуры
149
Поперечную балку можно прикреплять к затяжке высокопрочными
болтами трения. Зазор между стенкой затяжки и торцом балки омоно-
личивается бетоном. Стыки продольных балок над поперечными омоно-
личивают со сваркой выпусков арматуры. Для уменьшения влияния
совместной работы проезжей части с затяжками арок необходимо через
15—20 м оставлять деформационные щвы над поперечными балками.
Пролетные строения с гибкой аркой и жесткой затяжкой наиболь-
шее распространение получили в автодорожных мостах. Одним из
крупнейших по величине пролета (101 м) этой системы является мост
им. Володарского в Ленинграде через р. Неву.
Расстояние между осями главных ферм составляет 20,2 м. Верхние связи
между арками отсутствуют, что дало возможность придать легкость конструк-
ции, возвышающейся над уровнем проезда. Устойчивость гибких арок обеспе-
чивается полурамами из подвесок и* поперечных балок, а также увеличенной
шириной арки, равной 157 см. Высота арки составляет только 62 см (1/163 /).
Пролетные строения (два) были изготовлены на берегу, а затем при помощи пла-
вучих средств установлены на опоры.
Вантовые системы имеют широкие перспективы применения
не только для автодорожных, но и для железнодорожных мостов.
В Англии осуществлено строительство монолитного железнодорожного
двухпутного вантового моста с пролетами по 59,37 м с железобетонной
коробчатой балкой жесткости (рис. 114). Ванты выполнены из парал-
лельных проволок с предварительным напряжением, которое осущест-
влялось путем поддомкрачивания узлов на пилоне.
Наиболее интересным примером комбинированной сис-
темы является крупнейший в мире мост через оз. Маракайбо в Вене-
суэле. Комбинированная рамно-подвесная система с усиленным риге-
лем применена для пролетов 235 м. Общая длина моста составляет
8272 м.
Т-образные рамы (рис. 115) главных судоходных пролетов имеют ригели
коробчатого сечения-длиной 189,05 м; высота сечения 5,0 м. Ригели опираются
на подкосы опоры в четырех точках. Концы ригелей поддержаны вантами и по-
этому ригель работает как неразрезная пятипролетная балка. На ригели подвес-
ной системы опираются подвесные пролетные строения из четырех 46-метровых
тавровых балок, высотой в середине пролета 2,53 м и по концам 1,8 м.
Ванты состоят из четырех ветвей по 16 тросов диаметром 75 мм.
В комбинированных системах таких типов создаются благоприятные усло-
вия для работы железобетонных балок на сжатие и изгиб.
Наличие в балках дополнительных опор в местах подвески вантами дает
возможность путем регулирования длины вант снижать величину прогибов, а
также уменьшать влияние деформаций, вызванных ползучестью бетона.
Рис. 114. Вантовый мост под двухпутную железную дорогу
150
151
части моста через оз. Маракайбо
ДЕТАЛИ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
§ 1. Мостовое полотно и тротуары
Устройство пути на пролетных строениях мостов возможно на баллас-
те, без балласта, на деревянных или металлических поперечинах и
с непосредственным прикреплением пути к железобетонной плите.
При строительстве железобетонных мостов под железную дорогу путь
устанавливают, как правило, на балластном слое.
Толщина балластного слоя под шпалой должна быть не менее 20 см,
считая от верха внутреннего бортика, что составляет общую толщину
балласта от поверхности плиты до подошвы рельса 50 см.
Мостовое полотно на балласте (рис. 116) состоит из рельсов, скреп-
лений и шпал. При длине моста более 25 м или при расположении его
на кривой радиусом меньше 1000 м должны быть установлены контр-
рельсы или контруголки во избежание резкого смещения подвижного
состава в случае схода колес с путевых рельсов,.
Для пролетных строений мостов, расположенных на кривых уча-
стках пути, необходимо устраивать возвышение наружного рельса,
что приводит к необходимости увеличения высоты наружного бортика
до 55 см. Размер балластной призмы со стороны наружного рельса уве-
личивается на 10 см.
В настоящее время в связи с увеличившимися скоростями движения
поездов ширина балластной призмы поверху принимается 3,4 м, а ши-
рина балластного корыта пр наружным граням бортиков — 4,18 м.
В отдельных случаях находили применение безбалластные пролет-
ные строения с устройством пути на брусьях. Однако при такой кон-
струкции нарушается однородность пути на мосту и вне его, усложняет-
ся эксплуатация по сравнению с путем на балласте, значительно уве-
личивается динамическое воздействие и требуются более дорогие, чем
шпалы, мостовые брусья, хотя общий вес конструкции и расход желе-
зобетона уменьшаются.
В опытном порядке применяется разработанная ЦНИИС конструк-
ция мостового полотна с непосредственным прикреплением пути к же-
лезобетонным плитам (рис. 117).
Для этого в плитах при бетонировании устанавливают через каж-
дые 62,5 см металлические закладные части, выполненные из стальных
листов размером 710 X 160 X 10 мм, закрепленных в бетоне прива-
ренными к ним анкерами.
В листе имеется прорезь, окруженная коробкой из стали толщиной 3 мм.
В прорезь вставляются гайки болтов, которые могут перемещаться вдоль прорези
в свободном пространстве внутри коробки. Гайки имеют срезы в нижней части,
которая входит в прорезь и препятствует провертыванию при затягивании
болтов. Под рельсы укладывают упругую резиновую прокладку. На основании
152
418
Рис 116. Мостовое полотно на балласте
а — на прямом участке пути, б — на кривом участке
опытных данных рекомендуется применять прокладки повышенной упругости
толщиной 13 — 14 мм.
Под рельсовые подкладки укладывают прокладки из прессованной древе-
сины Применение упругих прокладок обеспечивает смягчение ударов колес
подвижного состава.. К подкладкам прикрепляют рельс типовыми клеммами и
болтами с пружинными шайбами. Стальную прокладку можно перемещать совме-
стно с рельсом. После окончания укладки пути ее приваривают к закладной
части и тем самым закрывают концы прорези Контруголки приваривают к ли-
сту через прокладки, посредством которых образуется зазор для свободного сто-
ка воды под контруголком. Применение такой конструкции мостового полотна
позволяет значительно снизить постоянную нагрузку, сократить размеры желе-
зобетонной плиты до 3,2 м и в полной мере обеспечить безопасность движения.
Рис 117 Прикрепление рельса непосредственно к железобетонной плите
153
При наличии контррельсов или контруголков (рис. 118) они долж-
ны быть выведены за задней гранью устоя на протяжении не менее 10 м
и сведены к оси пути «челноком», заканчивающимся специальным уст-
ройством в форме сварного башмака.
В конструкции мостового полотна предусмотрено устройство троту-
аров для прохода обслуживающего персонала.
Тротуары и перила должны сооружаться на мостах длиной более
25 м, а также на путепроводах и мостах, расположенных в пределах
станций, независимо от длины.
Тротуары на пролетных строениях индустриального изготовления
устраивают в виде съемных конструкций. Такая конструкция (рис. 119)
состоит из металлических или железобетонных консолей, тротуарных
железобетонных плит и перильных ограждений.
Металлическая консоль (см. рис. 119) представляет собой сварную
или клепаную Коробку из уголков 75 + 75 X 8 мм и швеллера № 18а.
Консоль прикрепляется к наружному бортику балластного корыта двумя
болтами М27. Стойки и поручни перильного ограждения выполняют из уголков
70 X 70 X 8 мм, стойки прикрепляют к консоли двумя'болтами М20.
Для пропуска коммуникаций предусмотрены специальные секции настила
из уголков 63 + 63 X 6 мм и арматурных стержней диаметром 6 мм. Длина сек-
ций соответствует расстоянию между консолями.
Основной конструкцией тротуаров является железобетонная короб-
чатая консоль (рис. 119, в). Для постановки болтов предусмотрены за-
кладные детали из трубок и арматурных стержней диаметром 10 мм.
Для крепления стоек перил применяют трубки диаметром 28 мм, а для
крепления консоли — болты диаметром 38 мм. Упорный стержень
поставлен для предотвращения смещения тротуарных плит. Детали
устройства перил и пропуска коммуникаций — те же, что и для метал-
лических консолей.
Для мостов, расположенных на кривых участках пути, внутрен-
няя консоль удлиняется.
Юм
п о о п по о г„ш □ О 0 □ □ подо
тхгсттпЖтППГ
Рис 118 Укладка контррельсов перед мостом-
1 — задняя грань устоя, 2 — контррельсы, 3 — сварной башмак
154
Рис. 119. Тротуарные консоли.
155
Для мостов большой
длины (более 60 м) пре-
дусматривают площадки-
убежища (рис. 120), кото-
рые располагают в шахмат-
ном порядке через 25 м.
Такие площадки устраи-
вают на удлиненных желе-
зобетонных или металличе-
ских консолях и исполь-
зуют для размещения мате-
риалов и людей при про-
ходе поездов.
§ 2. Гидроизоляция
и водоотвод
Чтобы обеспечить долго-
вечность железобетонных
мостов, их конструкцию
необходимо защитить от
проникновения воды в бе- №
тон. Вода может вызвать '
растворение и вымывание
извести, что понижает
прочность бетона. При за-
мерзании воды, находящей-
ся в трещинах, происходит механическое разрушение бетона, что влечет
за собой расширение и появление новых трещин. Поэтому вся поверх-
ность плиты балластного корыта и бортиков должна быть покрыта
гидроизоляцией (рис. 121), которую устраивают с уклоном. Концы
изоляции закрепляют в специальных углублениях бортиков.
В состав изоляции (рис. 122) входит защитный слой толщиной
3 см с металлической сеткой из проволоки диаметром 2 мм с ячейками
5 X 5 см. Изолирующий слой образуется из четырех слоев битумной
мастики, которой покрывается и защитный слой, и трех слоев стекло-
ткани. Битумным лаком покрывается поверхность защитного слоя и
бетон подготовительного слоя.
Возможен вариант оклеенной изоляции, по которому принимается
один слой стеклоткани и два слоя гидроизола (асбестовый картон, про-
питанный нефтяными битумами).
Битумные мастики представляют собой смесь битума и наполните-
ля, в качестве которого обычно используется асбестовое волокно. Ма-
стики применяют в горячем состоянии при температуре 160—180° С.
Перспективно применение в качестве изолирующего слоя синтети-
ческих материалов, например, полихлорвинилового пластиката тол-
щиной 1—3 мм. Заслуживают внимания также новые виды гидроизоля-
ции и безрулонная тиоколовая.
156
Рис. 121 Гидроизоляция
балластного корыта*
Гидроизоляция на основе стеклоизола состоит из двух слоев холод-
ной мастики «изол», рулонного изола и стеклоизола. Стеклоизол пред-
ставляет собой двухслойный гидроизоляционный материал толщиной
2 мм, состоящий из стеклоткани, покрытой с нижйей стороны защитным
слоем (резино-битумное вяжу-
щее). Такой материал характе-
ризуется высокой механической
прочностью и хорошими изоля
ционными свойствами.
Для тиоколовой гидроизоля-
ции рекомендуется полисуль-
фидный герметик (уплотнитель).
Герметик растворяют в бензоле,
ацетоне или другом растворителе
в количестве 10—12% и для по-
вышения морозостойкости моди-
фицируют (изменяют свойство)
дибутилфталатом (15%). Гидро-
изоляция состоит из двух слоев
Рис 122 Варианты устройства окле-
енной изоляции
1 — защитный слой, 2 — битумная мастика;
3 — стеклоткань; 4 — битумный лак, 5 —
подготовительный слой; 6 — гидроизол
157
Рис 123 Водоотводная трубка
1 — чугунная трубка; 2 — раструб; 3 —
крышка с прорезями, 4 — прижимной ста-
Рис 124 Строповочное отверстие
1 — раструб; 2 — прижимной стакан, 3 —
тиоколовой мастики с прокладкой между ними сетчатой ткани. Тиоко-
ловая гидроизоляция, как наиболее морозостойкая, предназначается
в первую очередь для районов с суровым климатом.
Для Северной строительно-климатической зоны изоляция пролет-
ных строений, как правило, должна выполняться в заводских усло-
виях.
Для отвода воды с поверхности балластного корыта используют
водоотводные трубки (рис. 123), как правило, чугунные, диаметром не
менее 15 см. Трубки размещают из расчета 5 см2 площади поперечного
сечения трубки на 1 м3 площади водосбора.
В плите балластного корыта устраивают также строповочные от-
верстия (рис. 124).
В местах расположения водоотводных трубок и строповочных от-
верстий особенно тщательно должно выполняться сопряжение с изо-
ляцией.
Водоотводные трубки рекомендуется ставить у краев балластного
корыта, что обеспечивает возможность их беспрепятственного осмотра
и прочистки.
158
Наличие водоотводных и строповочных отверстий нарушает гидро-
изоляционный слой, что способствует образованию потеков на поверх-
ности балок и выщелачиванию бетона.
Расстройство изоляции пролетных строений ухудшает условия их
эксплуатации. Поэтому в настоящее время намечается тенденция к от-
казу от устройства отверстий, нарушающих целостность плиты бал-
ластного корыта.
Отвод воды в этом случае может быть предусмотрен в щель между
блоками за счет поперечного уклона поверхности плиты. Подготови-
тельный слой, образующий уклон, желательно включать в основной
размер плиты. 4
§ 3. Анкеры напрягаемой арматуры
Для закрепления напрягаемой арматуры в бетоне и для передачи на
него упругих деформаций обжатия используют различного типа анке-
ры. Вся напрягаемая гладкая проволочная арматура в элементах долж-
на иметь анкерные закрепления. Без устройства специальных анкеров
допускается применять только стержневую арматуру периодического
профиля, проволоку периодического профиля и семипроволочные
пряди.
Широкое распространение получили каркасно-стержневые анкеры
системы МИИТа (рис. 125 и табл. 11). Анкер состоит из центрального
стержня, приваренного к диафрагме, в пазах которой располагают
Рис 125 Каркасно-стержневой анкер:
а— конструкция анкера, б — план диафрагмы, в — упор из планок; г —сечение пучка зг
кером; / —проволоки пучка, 2 — центральный стержень, 3 — диафрагма; 4 —скрутка
159
Таблица 11
Основные размеры каркасно-стержневых анкеров, мм
Наименование размеров £ to Число прово- лок в пучке Наименование размеров £ tO oil Число прово- лок в пучке
24 | 48 24 - 48
Диаметр диафраг- мы D 80 120 Длина стержня-, фиксатора /с 270 370
Толщина диафраг- мы \ Диаметр стержня- фиксатора д d 8 И 10 20 Диаметр проволок скруток 4 4
проволочные пряди (по шесть проволок в каждом пазу). Концы цент-
рального стержня входят в скрутки из вязальной проволоки, кото-
рой фиксируется перегиб пучка по концам стержня. Скрутки закрепля-
ются в отверстии на стержне. Чтобы обеспечить неизменное положение
скруток при натяжении пучка, к центральному стержню приварены
крестообразные упоры из планок. Сечение пучка за анкером оформ-
ляется крестом из арматуры диаметром 8 мм. Наличие трех перегибов
прядей (на диафрагме и на скрутках), а также сил трения между бе-
тоном и арматурой препятствует продергиванию проволок.
Анкеры ставят в теле бетона на концах пучков и по длине балки
в соответствии с эпюрой материалов.
Каркасно-стержневые анкеры рекомендуется применять для типо-
вых пучков с числом проволок 24 и 48.
В практике строительства распространен также конусный анкер
(рис. 126), состоящий из колодки, в которой имеется коническое отвер-
стие, и конусной пробки, входящей в это отверстие. В пробке имеется
продольное цилиндрическое отверстие, через которое нагнетается це-
ментный раствор после натяжения пучка. Проволоки пучка пропускают
через отверстие в колодке и после натяжения пучка заклинивают ко-
Таблица 12
Основные размеры конусных анкеров, мм
пучка Колодка Конус
d2 D3 н dt d2 l
2405 120 63 52 50 42 55 55
НО 66 52 60 42 58 65
4805 128 89 68 ПО 67,5 88 120
7 прядей 0 15 141 87 62 125 54 79 125
12 прядей 0 15 228 107 82 125 74 99 125
160
Рис 126 Варианты конусных анкеров
нусной колодкой, запрессованной домкратом. Поверхность колодки
имеет нарезку (деталь I на рис. 126, а), которая усиливает заклини-
вание проволок.
Конусные анкеры (табл. 12) применяют в конструкциях с наряже-
нием арматуры на бетон в качестве постоянных концевых закреплений
пучков. В конструкциях с натяжением арматуры на упоры такие анке-
ры используют как инвентарные для закрепления пучков на упорах;
после отпуска натяжения их снимают с пучков.
Конструкцию конусных анкеров несколько изменяют в зависимо-
сти от вида пучков (см. рис. 126).
Принципиальная схема работы всех конусных анкеров одинакова.
Во избежание смятия поверхностей колодки и пробки их изготовляют
из сталей повышенной прочности: колодки — из стали сталь 45 или
Ст5, конусы — из стали 40Х.
6 Зак. 1298 161
Рис 127. Анкеры для проволок с высаженными
на концах головками
« — монолитный анкер, б— пластинчатый анкер; в —
головка на конце проволоки; 1 — корпус анкера; 2 —
резьбовое отверстие; 3 — гайка, 4 — наружная резь-
ба; 5 —отверстия для проволок; 6 — стальные пласти
ны; 7 —стяжной болт; 8 — отверстия для проволок
В качестве концевых
анкеров для пучков из про-
волок с высаженными на
концах головками приме-
няются анкеры ЦНИИС
(рис. 127^. Используются
натяжные монолитные или
неподвижные сборные пла-
стинчатые анкеры, предна-
значенные для пучков из
48 проволок. Натяжной мо-
нолитный анкер состоит из
корпуса, некотором преду-
смотрены отверстия для
проволок диаметром 5 мм.
Внутри корпуса обра-
зовано резьбовое отверстие
для закрепления в нем тя-
жа домкрата. С наружной
стороны корпуса имеется
резьба для фиксации уси-
лия натяжения пучка по-
средством^ гайки.
Неподвижный сборный
пластинчатый анкер со-
стоит из стальных пластин, объединенных стяжными болтами. В со-
бранном виде в них образуются круглые отверстия для проволок.
Для корпусов натяжных и пластин сборных анкеров применяется
сталь марки сталь 45 или Стбсп.
Анкерные закрепления стержневой арматуры небольшой длины
(хомуты), как правило, выполняют в виде гайки, навинчиваемой на
арматурный стержень. Усилие на бетон передается через металличес-
кую шайбу.
Армирование предварительно напряженных пролетных строений
стержневой арматурой широко распространено в зарубежной практике.
§ 4. Стыки сборных элементов и составных конструкций
Для соединения монтажных элементов используют различные типы
стыков. В пролетных строениях под автомобильную дорогу, как пра-
вило, применяют стыкование плит блоков. Стык (рис. 128, а) образует-
ся сваркой внахлестку выпусков арматуры; длина однофлангового
шва составляет 10 d, где d — диаметр арматуры. После сварки зазор
между плитами омоноличивается. Такой стык надежно воспринимает
изгибающие моменты, однако производство работ усложняется необхо-
димостью сварки.
В изгибаемых плитных конструкциях допускается применение пет-
левых стыков (рис. 128, б), что позволяет избежать сварочных работ,
162
Йетли, служащие Для соединения смежных блоков, устраивают ИЗ
выпусков арматуры.
Стыки плит проезжей части автодорожных мостов допускается осу-
ществлять обетонированием свободных выпусков арматуры периоди-
ческого профиля (рис. 128, в). Длину выпуска при прямых крюках при-
нимают не менее 15 диаметров, а бетон омоноличивания —не ниже
проектной марки бетона блоков.
Наиболее совершенной конструкцией является предварительно
напряженный стык плиты, образуемый путем заполнения шва между
плитами раствором с последующим обжатием его после твердения
путем натяжения поперечных пучков арматуры. Эти пучки за-
окончания монтажа всего пролетного
водят в каналы блоков после
строения. Поперечное об-
жатие плит проезжей части
применяется для автодо-
рожных мостов. Продоль-
ный шов плиты балласт-
ного корыта пролетных
строений Нод железную до-
рогу не омоноличивается к
Совместная работа блоков
пролетного строения обес-
печивается стыкованием
диафрагм путем сварки
закладных деталей (рис.
129).
Рис 129 Монтажный стык диафрагмы:
а общий вид стыка; б — лист перекрытия верти-
кального шва; -1 — металлический лист перекрытия
продольного шва; 2 — окаймляющий уголок; 3 —
стальная накладка; 4 — арматурная сетка: 5 — штырь
Рис 128. Стыки арматуры пли-
ты проезжей части-
а — Стык арматуры внахлестку; б —
Петлевой стык; в — свободный вы
пуск арматуры
163
Рис 130. Варианты стыков составных конструкций:
Каждая половина диафрагмы окаймляется уголком 140 + 140 X 12, ко-
торый закрепляют в бетоне диафрагм приваркой к стержням арматуры После
установки блоков уголки соседних блоков соединяют приваркой вертикальных
стальных накладок. Это обеспечивает пропуск нагрузки без омоноличивания
Омоноличивание стыка с целью предохранения стальных частей от корро-
зии может быть выполнено в любое время. Для лучшей связи бетона омоноличи-
вания с конструкцией стыка в накладках устроены отверстия диа'метром 40 мм
и, кроме того, привариваются арматурные сетки. Продольный шов между бло-
ками перекрывают металлическим листом, который перед укладкой покрывают
горячим битумом. Для предотвращения сдвига .к листу приваривают штыри.
В составных конструкциях неразрезных и консольных пролетных строений
устраивают стыки в самих главных балках. Такими стыками воспринимаются
большие изгибающие моменты и поперечные силы. В процессе навесного монтажа
стыки обжимают усилием предварительного натяжения арматурных пучков. Сопря-
жение смежных блоков в швах может иметь различную форму: шов с уступом
(рис. 130, а), зубчатые швы (рис. 130, б и в) и плоский наклонный шов (рис.
130, г).
В настоящее время поверхности таких швов покрывают клеющими материа-
лами на эпоксидных смолах. Для регулирования геометрических размеров таких
балок в процессе монтажа предусматривают стыки, бетонируемые на месте
Рекомендуется применение зубчатых стыков, посредством которых можно пе-
редавать значительные поперечные силы. В сечениях, работающих на однозначную
поперечную силу, зубчатый шов рекомендуется выполнять в виде треугольных вы-
ступов (узел /). Шов трапециевидного очертания (узел II) проектируют при дей-
ствии поперечных сил разного знака. На деталях схематично показана арматура
выступов, сетки из арматуры 0 6 мм с ячейками не более 10 X 20 см, хомуты и
горизонтальные стержни ребра.
164
ГЛАВА XII
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ
§ 1. Составление вариантов моста
и их технико-экономический анализ
При проектировании моста необходимо рассмотреть различные вариан-
ты решения. Во-первых, могут изменяться число и величина пролетов
для перекрытия заданного размера отверстия моста. В случае мосто-
вого перехода через судоходную реку учитывают требования подмосто-
вых габаритов.
Во-вторых, в зависимости от величины пролета и других условий
могут быть рассмотрены различные системы пролетных строений (ба-
лочные, арочные): с ездой поверху, понизу и посередине, а также дру-
гие возможные варианты конструкции.
В-третьих, в зависимости от напластований грунтов и статической
схемы пролетных строений в вариантах могут быть отражены разные
конструктивные формы тела опор и их фундаментов.
Правильный выбор оптимального варианта имеет большое технико-
экономическое значение. *
При составлении вариантов моста должны быть учтены следующие
основные соображения:
а) каждый вариант должен удовлетворять требованиям нормальной
эксплуатации и безопасности движения;
б) в конструкциях опор и пролетных строений должны быть отра-
жены наиболее прогрессивные решения;
в) выбор конструкции элементов моста должен быть обязательно
увязан с организацией и производством строительных работ.
В настоящее время для малых (длиной до 25 м) и средних мостов
(длиной до 100 м), как правило, используются балочные^железобетон-
ные пролетные строения индустриального изготовления.
В общем случае следует стремиться к одинаковым размерам про-
летных строений, имея в виду, что при наборе типовых размеров допус-
каются отклонения ± 54-8% величины отверстия.
Оптимальная величина пролета определяется по результатам тех-
нико-экономического сравнения. С точки зрения беспрепятственного
пропуска высоких вод и ледохода не рекомендуется для средних мостов
выбирать пролеты менее 12 м.
Наряду с разрезными пролетными строениями возможно примене-
ние неразрезных балочных систем.
Для такой конструкции пролетного строения характерно некоторое
снижение расхода железобетона. Кроме того, улучшаются условия
эксплуатации подвижного состава, так как линия прогибов имеет
плавное очертание.
165
4то касается консольных систем, то применение ик йод >кейеёиб-
дорожную нагрузку нецелесообразно вследствие неплавности линии
прогиба, большей деформативности из-за наличия шарнирных соеди-
нений и опасности их расстройства в эксплуатации.
При проектировании путепроводов имеются некоторые особенности,
которые нужно учитывать при сравнении вариантов. Например, как
правило, высота подходов определяется габаритом приближения
строений и строительной высотой пролетного стррения, поэтому и
длина путепровода может несколько изменяться за счет высоты
земляного полотна.
Особое внимание следует уделять применению индустриальных
конструкций для всех элементов путепровода. В зависимости от мест-
ных условий весьма целесообразным решением может оказаться при-
мейение пролетных строений с пониженной строительной высотой
(плитная конструкция). . —
Для экономического обоснования необходимо подсчитывать объемы
строительных работ по каждому варианту.
Размеры отдельных элементов моста, массу и объем пролетных
строений и опор в большинстве случаев можно определять по дан-
ным типовых проектов и показателям осуществленных мостов. Наряду
с вычислением объемов, непосредственно относящихся к мостовым
конструкциям, следует определять также объем земляных работ в слу-
чае большой разницы в отметках бровки насыпи для различных ва-
риантов.
Сравнение вариантов производится путем анализа ряда технико-
экономических показателей, число и характер которых зависят от
конкретных местных условий и вида мостового сооружения.
^Конечной целью сравнения вариантов является выбор оптимально-
го решения, причем при всех прочих равных условиях на первое
место выдвигается его экономическая эффективность.
Технико-экономические показатели подразделяются на о с н о в-
н ы е (стоимость мостового сооружения; стоимость эксплуатации моста:
ремонт, текущее содержание, амортизационные отчисления; продол-
жительность строительства; трудоемкость строительно-монтажных ра-
бот) идополнительные (потребность в основных строительных
материалах; технические показатели).
Строительная стоимость мостового сооружения определяется по
каждому варианту по укрупненным измерителям в зависимости от вида
работ и их объема.
Наряду с''общей стоимостью варианта определяется стоимость 1 м
длцны моста, что дает возможность получить сопоставимые результаты
При различных длинах вариантов моста.
Введение в сравнение эксплуатационных расходов имеет смысл»
если в вариантах отражены конструкции из разных материалов —
железобетонные и стальные.
Продолжительность строительства при экономических сравнениях
влияет на величину накладных расходов. Сокращение сроков строи-
тельства увеличивает рост национального дохода и уменьшает стои-
мость сооружения.
166
Трудоемкость также является одним из основных факторов, так как
влияет не только непосредственно на стоимость, но и на приведенную
стоимость вследствие того, что величина накладных расходов зависит
от трудоемкости и фонда заработной платы?
Показатель трудоемкости имеет значение как величина, определяю-
щая энерговооруженность строительства и уровень индустриализа-
ции работ.
Показатель расхода строительных материалов, кроме экономичес-
кого эффекта, определяет государственную целесообразность исполь-
зования различных строительных материалов. Выбор решения при
прочих равных условиях определяется с учетом технических показате-
лей отдельных вариантов. К числу таких показателей могут быть отне-
сены: степень сборности, использование местных материалов, эксплуа-
тационные качества и др.
Для применения сборных конструкций большое значение имеют
габариты и масса отдельных элементов, условия изготовления и воз-
можность их перевозки и монтажа. Число перечисленных показателей
может быть сокращено в зависимости от характера проекта моста.
Технико-экономические показатели (ТЭП) раз-
работаны Гипропромтрансстроем и Ленгипротрансмостом и введены
в действие Министерством транспортного строительства СССР с 1972'г.
(ТЭП — 72). В них приводится расход металла и бетона на соответст-
вующий измеритель; так, например, для однопутного железнодорож-
ного моста за измеритель принят 1 м длины моста. В показателях учи-
тывается расход материалов на пролетные строения и опоры.
§ 2. Определение усилий в балках и плитах '
Элементы железобетонных пролетных строений рассчитывают по пре-
дельным состояниям первой и второй групп.. Расчетные усилия опре-
деляют в соответствии с предельным состоянием и видом расчета, при
этом, как правило, используются линии влияния.
По предельному состоянию первой группы расчет пролет-
ных строений под железнодорожную нагрузку производится на проч-
ность, на выносливость и определение главных напряжений.
В расчетах на прочность учитываются коэффициенты перегрузки
(п) и динамический коэффициент (1 + р,).
В расчетах на выносливость и на главные напряжения принимается
п = 1, а динамический коэффициент — с неполной' динамической
добавкой Вводится коэффициент е^1.
По предельным состояниям второй группы определяют
прогиб. В расчет вводят усилия от нормативных нагрузок (без коэф-
фициентов); временную нагрузку умножают на коэффициент е, кото-
рым учитывается редкая повторяемость тяжелых нагрузок. Ко второй
группе относятся также расчеты на образование и раскрытие’трещин
в железобетоне. В этом случае коэффициент перегрузки п не вводится,
167
i.
я».
динамический коэффициент
принимается равным [ 1 +
—Г"-\^ i‘l.cc~0,5
)Ч;а=0,г5
Шц^/ЗИ1
Afc и ' ~~---------------------------------
1-1,о^О
,шв*Ц£
ВШШШНПН&л^
Л @0,5
/Ирг------.
Ы,[г;№‘0
Рис. 131. Расчетная схема и линии влияния
балки на двух опорах
+ ~ р) , а значение эквива-
лентной нагрузки принимает-
ся с учетом коэффициента 8.
Балку на двух опорах рас-
считывают по линиям влия-
ния изгибающих моментов и
поперечных сил для характер-
ных сечений при их загруже-
нии временной нагрузкой
(рис. 131). Значения времен-
ной эквивалентной нагрузки
определяют в зависимости от
длины загружения % и поло-
жения наибольшей ординаты
линии влияния а. При уст-
ройстве пути на балласте зна-
чение эквивалентной нагрузки
&5^2 Д’ (28 тс/м) принимается
с учетом распределяющего
влияния балластного слоя
под шпалой.
Если Z 25 м, эквивалент-
ная нагрузка принимается
для а = 0,5 независимо от
положения вершин линий
влияния.
После установления расчетной схемы определяют нормативные зна-
чения постоянной р и временной k нагрузок. Усилия от нормативных
нагрузок вычисляют путем умножения равномерно распределенной
нагрузки р или k на соответствующую площадь линии влияния со.
Переход к расчетным усилиям осуществляется путем умножения
нормативных значений на коэффициенты перегрузки и динамический
коэффициент.
В расчетах на прочность расчетные усилия могут быть выражены
в общем виде следующим образом:
МраСч = Пс. ВМС. в + tl6Ms + tlh (1 + Ц) Mh- (XII. 1)
<2расч = «с. bQc. в + «6^0 + nh (1 + fl) Qk- (XII.2)
В расчетах на выносливость и главные напряжения:
Л4расч = Мс. в4-Л4б + е^1
Qpac4 = Qc. в + Qe + е
(ХП.З)
(XII.4)
Где Mo. B, Af6, Mh — изгибающие моменты от нормативных нагрУ:
зок, соответственно от собственного веса, веса
балласта и временной эквивалентной нагрузки;
Qq в, Qb- Qk — поперечные силы от тех же нагрузок;
пс. в= 1,1 — коэффициент перегрузки для собственного веса;
nk — то же для временной нагрузки, определяемый
по формуле nk — 1,3—0^003 % при % 50 м;
и, — динамическая добавка; равная а??—л-, н0 не
менее 0,15;
Л •— длина загружения; м;
е 1 — коэффициент учета редкой повторяемости тяже*
лых нагрузок (см. § 3 Главы 1).
Неразрезная балка постоянного сечения. НеразреЗНЫе пролетные
строения относятся к статически неопределимым системам. Число про-
летов может быть различным,
наиболее часто проектируют-
ся два, три и четыре пролета.
Значения площадей участ-
ков линий влияний для трех-
пролетной балки (рис. 132)
получены из условия одина-
ковой жесткости балки по
всей длине; числовые коэффи-
циенты изгибающих моментов
умножаются на /2, а для по-
перечных сил — на I.
Загружение линий влия-
ния эквивалентной нагрузкой
при определении усилий в
неразрезных балках показано
на рис. 133. Загружение на
прочность различается в за-
висимости от суммарной дли-
ны участков линий влияний.
Если + /2 + 13 80 м,
один из участков одинакового
знака загружают эквивалент-
ной нагрузкой, а остальные
участки — вагонной нагруз-
кой, равной К тс/м. Если
длина разделяющего участка
иного знака более 20 м, то
этот участок загружают на-
грузкой 1,4 тс/м пути (порож-
няк). При меньшей длине
разделяющий участок не за-
гружают.
189
й)
wMvlt__________________________________________________________________________________________________________________________________________________.1111111.111ШПШ?Й^ ...
При суммарной длине ме-
нее 80 м однозначные участки
загружают одновременно,
каждый на свой максимум,
эквивалентной нагрузкой, со-
ответствующей длине и поло-
жению наибольшей ординаты
участка.
Для среднего криволиней-
ного участка с вогнутым очер-
танием эквивалентную на-
грузку при А > 50 м умно-
жают на поправочный коэф-
фициент в процентах Е (у—1),
где Е — коэффициент, зави-
сящий от А и а, определяется
по графику (приводится в
Указаниях на проектирова-
ние); у — коэффициент иска-
женное™, равный отноше-
нию площади участка линии
влияния, показанной пункти-
ром (см. рис. 133), к площади,
ограниченной вогнутой кри-
вой.
При расчете на выносли-
вость максимальные и мини-
мальные значения усилий (мо-
ментов) определяют невыгод-
нейшим загружением, кото-
рое производится последова-
Рис. 133. Загружена эквивалентной на- тельно: отдельно справа на-
грузкой линий влияния: лево и отдельно слева на-
а — для середины пролета; б —для опорного се- ПраВО. Сначала Загружают
Чен™ .. первый участок справа (или
Примечание. М — при расчете на проч- г ч J г 4
ность, М' — то же на выносливость Слева), ЗЯТСМ СОВМЕСТНО Пер-
вый и.второй и т. д. Нагруз-
кой Qkk > К загружают только один из участков, а остальные неза-
висимо от знака — нагрузкой К.
Н В общем виде изгибающие моменты для сечения в середине сред-
него пролета от временной нагрузки для приведенной на рис, 133
схемы могут быть выражены в следующем виде:
на прочность:
maxM0>5I,=nft(l+|x)©8^ [1 + (^00~ ] (хп-5)
и
min М0,ъ1, = nh (1 4- р) (— + 1,4<»а — К®3); (ХП.6)
170
на выносливость:
max М6,5z2 = (1 + И) {<>Ж [1 + ^=^-] -<о3 к) (XII.7)
и
minM6t5/2 = ^l +-|-^(—е&з^з)- (XII.8)
Обозначения прежние и показаны на рис. 133.
При определении динамической добавки ц длину загружения при-
нимают как сумму длин загружаемых участков (вместе с разделяю-
щими их участками).
Для коэффициента перегрузки nh длина загружения X принимает-
ся за вычетом длин участков, загружаемых порожним подвижным со-
ставом.
Для правильного распределения рабочей арматуры, ненапрягае-
мой и напрягаемой, необходимо построить эпюры моментов и эпюры
материалов (рис. 134).
Для выяснения наиболее неблагоприятного распределения арма-
туры следует рассмотреть эпюры по прочности и по выносливости.
Загружение линий влияний неразрезных балок постоянной на-
грузкой имеет также свои особенности. Для построения огибающей
эпюры моментов необходимо знать максимальное и минимальное зна-
чения моментов. Поэтому при суммировании моментов от времен-
ной и постоянной нагрузок с разными знаками для всей постоянной
нагрузки следует вводить коэффициент п = 0,9. Одноименные зна-
чения шах М и min М соединяют кривыми линиями, которые об-
разуют огибающие эпюры максимальных и минимальных моментов
(см. рис. 134).
Неразрезная балка с переменными моментами инерции. Для балок
с переменным сечением (рис. 135) обычно проводится расчет по мето-
ду сил в матричной форме. По длине балка разделена на п равных
участков размером /.
Изменение моментов инерции соответствует длинам участков. Для
определения расчетных усилий в балке за лишние, неизвестные целе-
сообразно принимать опорные
моменты Хх и Х2. Для расчета необходимо вы- брать основную систему, опре- делить дЛя границ участков ординаты единичных и грузо- вых эпюр (см. рис. 135). Ординаты линий влияния из- гибающих моментов определяют при помощи матричного алго- ритма Мн = К - L^BLJ-^BM», (XII.9) Г/ Аи/7% ! УУУУ \ | I/J Ч . ; 4/^^ Рис 134 Эпюра -огибающих моментов 171
где Мн — матрица ординат
линий влияния мо-
ментов в неразрез-
ной балке;
Мр — матрица ординат
линий влияния в
Рис 135 Расчетная схема неразрезной
балки:
а —основная система, б — единичные эпюры, е
грузовые эпюры
столбцов матрицы Л4р равно числу
число строк равно числу участков г
основной системе;
Лм — матрица ординат
эпюр моментов в
основной системе от
единичных лишних
неизвестных;
Лм — матрица, транспо-
нированная к LM;
В — матрица податли-
вости' отдельных
участков балки.
При составлении матриц
нужно иметь в виду, что
столбцы матрицы Л4£ обра-
зуются из ординат эпюр мо-
ментов в основной системе от
грузовых воздействий. Число
положений единичного груза, а
[люс единица:
0 0 0 0 0
0 0,75 0,5 0,25 0
0 0,50 1,0 0,5 0
0 0,25 0 5 0,75 0
0 0 0 0 0
0 0
0 0 .
М$=1 о о
о о
о о
о о
о о
о о
о о
о о
о
о
о
о
о
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 о
0 0 0 0 0
0000 00 00 о
0000'0 0 00 о
0000 00 00 о
0000 00 00 о
0000 00 00 о
0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0 0 О
0,6 1,2 0,8 0,4 О О 0 0 О
0,4 0,8 1,2 0,6 0 0 0 0 О
0,2 0,4 0,6 0,8 0 0 0 0 О
0000 00 00 о
0 0 0 0 0 0,75 0,5 0,’25 О
0 0 0 0 О 0,5 1,0 0,5 О
0 0 0 0 0 0,25 0,5 0,75 О
0000 00 00 О
172
Аналогично столбец матрицы LM представляет собой ординаты
эпюр моментов в основной системе от единичного воздействия Х1г
число столбцов равно числу лишних неизвестных:
0 0
0,25 0
0,50 0
0,75 0
1,0 0
0,80 0,20
0,60 0,40
0/40 0,60
0,20 0,80
0 1,0
0 0,75
0 0,50
0 Х>,25
0 0
Матрица податливости В при одинаковых длинах участков I
в общем виде может быть представлена в следующем виде:
В соответствии с правилами строительной механики матрица лиш-
них неизвестных X может быть записана как
Х = [А]-1Др, (XII.10)
где А = L^BLM — матрица единичных коэффициентов; (XII.11)
Др = L^BMp — матрица грузовых коэффициентов. (XII.12)
При решении задач с двумя-тремя неизвестными вычисления мож-
но производить вручную, при большем числе — с использованием ЭВМ.
Более подробно с матричным методом расчета можно познакомить-
ся по различным учебникам строительной механицц,
173
Плита балластного корыта, В индустриальных двухблочных про-
летных строениях плита обычно не омоноличивается, продольный шов
перекрывается стальным листом. Поэтому плиту можно рассматривать
как двухконсольную балку, заделанную в ребре пролетного строения
(рис. 136).
Промежуточные сечения консоли проверяют по аналогичным схе-
мам. Плиту в поперечном направлении рассчитывают на воздействие
вертикальной подвижной нагрузки, равной 2К = 2 X 14 = 28 тс/м
пути.
Подвижная нагрузка через балласт распределяется на ширину
В = 2,7 + Н или В' = 2,7 + 2Я, где Н = 0,35 м — толщина бал-
ласта под шпалой; 2,7 м — длина шпалы. Для двух крайних зна-
чений В нагрузка от подвижного состава на 1 м2 плиты получается
соответственно:
q± = 9,18 тс/м2 и q2 = 8,23 тс/м2.
В расчет вводят нагрузку, воздействие которой дает наибольшее зна-
чение- расчетного усилия.
Постоянную и временную нагрузку принимают с соответствую-
щими коэффициентами в зависимости от вида расчета.
Изгибающие моменты М вычисляют с учетом коэффициентов пере-
грузки п и динамического коэффициента (1 + ц) в зависимости от ви-
да расчета.
При опирании рельсов непосредственно на плиту ее необходимо '
рассчитать на нагрузку от оси подвижного состава с величиной дав-
ления, равной 2,5 К = 35 тс/ось. Можно считать, что давление от ко-
Рис 136 Расчетная схема двухконсоль-
ной плиты
леса распределяется на ширину
подкладки, а вдоль оси пути —
на 100 см, условно полагая
X = 0.
На ту же нагрузку произво-
дят расчет в предположении схо-
да оси подвижного состава с
рельсов; величина отклонения
оси соответствует расстоянию
до охранных приспособлений.
Динамический коэффициент
и коэффициент перегрузки nk
при работе плиты в поперечном
направлении вычисляют при ус-
ловном значении X = 0. Нагруз-
ку на тротуар принимают
1000 кгс/м2, однако совместно
с временной нагрузкой ее не
учитывают.
После установления расчет-
ной схемы, определения норма-
тивных нагрузок и соответст-
174
ВуЮЩиХусилий °т них дЛя пере-
хода к расчетным усилиям вво-
дятся соответствующие коэффи-
циенты.
Моменты для левой консоли
определяют по формуле:
на прочность
Рис 137. Расчетная схема однопролет-
ной плиты
+ ^С. в Рт а3 ^2 + “ j +
+ .. (XII. 13)
на выносливость и трещино
стойкость — аналогично, только
без коэффициентов перегрузки;
динамическая добавка равна
2/Зр. Обозначения прежние и
даны на схеме (см. рис. 136); указанные на чертеже размеры а могут
быть изменены в соответствии с конструкцией.
Для левой консоли интенсивность временной нагрузки принята
q2 = 8,23 тс/м, имея в виду при этом увеличение длины загружения,
что дает большее значение усилий.
Расчет плит обычно ведется на 1 м ширины; к этому размеру при-
водятся все нагрузки. Определение поперечной силы производится
с учетом тех же коэффициентов, что и для моментов. Усилия в правой
консоли (см. рис. 136) определяют аналогично, поперечное сечение
плиты рассчитывают на большее из значений изгибающего момента —
М%ев или Л1^р.
В монолитных конструкциях, а также в случае омоноЛйчиванйй
продольного шва плиты средний участок плиты рассчитывают как
балку, упруго защемленную в ребрах пролетного строения (рис. 137)ь
Консольные участки плиты рассчитывают по предыдущей схеме.
Средний участок плиты рассматривают как упруго защемленную
балку. Степень защемления характеризуется сопротивлением балкй
кручению и изгибу. На основании расчета плиты с учетом простран-
Таблица 13
Коэффициенты а для однопролетной плиты
Расчетное сечение пг < 30 30 < 100 щ > 100
Опорное сечение c&i В середине пролета —0,8 +0,5 —0,65 4-0,6 -0,5 +0,7
175
Рис. 138 Схема попе-
речного сечения балки
в расчете на кручение
ственной работы пролётного строения рекомен-
дуется определять моменты в плитах в зависи-
мости от величины:
п1 = 0,001-^ см2, (XII. 14)
G/K
где D= — цилиндрическая жесткость
1 плиты;
/0 — расчетный пролет плиты;
GIK — жесткость балки при кру-
чении.
Момент инерции при кручении 1К опреде-
ляют как сумму моментов инерции геометриче-
ских фигур, из которых состоит упрощенное поперечное сечение
балки (рис. 138, заштрихованы),
(XII. 15)
Модуль сдвига G = 0,435£б, а коэффициент поперечного расши-
рения ц = 0,15.
В зависимости от п± по табл. 13 находят коэффициенты упругого1
защемления аг и а2, посредством которых определяют расчетные мо-
менты в заделке Л40П и в середине пролета Л4ср:
Л40п = и Л4ср = а2М0,
где Мо — максимальный изгибающий момент в плите посередине
пролета как в свободно опертой балке пролетом 10,
§ 3. Расчет изгибаемых железобетонных элементов
с ненапрягаемой арматурой
Тавровые, двутавровые и коробчатые сечения. При расчете указанных
сечений действительное сечение с вутами заменяют приведенным се-
чением (рис. 139). Приведенную толщину плиты h'n определяют из
равенства площадей плиты с вутами и ее заменяющей плиты прямо-
угольной формы. Расчетная ширина плиты в„ принимается не более
расстояния между осями соседних балок. Принимаемая в расчет ши-
рина в„ может быть расположена несимметрично относительно ребра.
Рис. 139. Расае-тные размеры плиты балластного корыта
176
Рис. 140 Схемы ненапряженного нормального сечения балки в расчете на Проч-
ность* \
а — исходная схема, б — скорректированная схема
В расчете на прочность первоначально следует опре-
делить приближенно количество рабочей (растянутой) арматуры по
формуле
Здесь в первом приближении высота сжатой зоны принята равной
xG = h„. Расчет на прочность изгибаемых элементов с полкой в сжа-
той зоне производят в два этапа, пользуясь исходной и скорректи-
рованной (рис. 140) схемами.
Из исходной схемы определяется высота сжатой зоны
RaFa — Ra.cFa~Rnp(bn—b)h^
-------------W-------------- <XIIJ7)
При x > hn прочность сечения определяют из условия, выведен-
ного из расчетной схемы (см. рис. 140),
^расч #пр^с (^0 0,5%с) + R&C (^о # ) +
+ Япр - Ь) (Ло - 0,5Л') Л'. (XII.18)
При x^.hn в выражениях (XII.17) и (XII.18)6 заменяют на
и формула приводится к случаю расчета прямоугольного сечения.
В коробчатых сечениях b принимают равной сумме толщин верти-
кальных стенок.
Сжатую арматуру Fi (обычно это распределительная арматура
Плиты) вводят в формулы (XII. 17) и (XII. 18), если выполнено усло-
вие 2а'. Если это условие не соблюдается, то расчет выполняется
по формуле
^расч<^а^а(Ло-а'). (ХП.19)
Если без учета сжатой арматуры F* удовлетворяется условие
хс<2а', то прочность сечения проверяют по формуле
^расч ^пр^п^с (^о — 0,5л:с). (XII.20)
177
В приведенных формулах приняты следующие обозначений:
7?а и ^ас — расчетные сопротивления стержневой арматуры;
/?пр — расчетное сопротивление бетона на сжатие;
оа — напряжение в растянутой арматуре, соответствую-
щее высоте хс; -
хс==т2х — скорректированная высота сжатой зоны;
т2 — коэффициент условий работы, определяемый по фор-
муле
т2 = 1,7-0,7 (5 + Л), (XII.21)
при этом принимают 0,7 т2 ^4,0.
\ В формуле (XI 1.21) 5 = — относительная высота сжатой зоны
бетона; А = О,ООО157?о 0,75; для стержневой ненапрягаемой ар-
матуры Ro — R* — нормативное сопротивление арматуры.
Коэффициентом т2 учитывается возможная неравномерность на-
пряжений по высоте сжатой зоны и недостаточная приспособленность
бетонов к перераспределению напряжений по сечению Остальные
обозначения ясны из рис. 140.
При назначении толщины плиты балластного корыта рекоменду-
ется наиболее целесообразное использование ее в работе главной
балки, т. е. Ап х и, кроме того, Лп^0,1Л При многорядном распо-
ложении рабочей арматуры к расчетным сопротивлениям арматуры
вводится коэффициент условий работы, равный для арматуры четвер-
того и последующих рядов 0,9.
В балках с резким изменением высоты или площади поперечного
сечения рабочей арматуры по изгибающему моменту проверяют проч-
ность наклонного сечения. Расчет производится из условия равенства
нулю моментов, воспринимаемых всей арматурой, относительно
/ жж 1 Р*4 ^ог • ' 1 »• 1z*4 х х х с 7 Рис. 141. Расчетная схема на клонного сечений: 1 —* центр сжатой зоны 178 центра сжатой зоны (рис. 141), Мраеч ^^а2а ^а 020 + £a2Fxzx, (XII.22) 'б где Мрасч — изгибающий момент при Г расчете на прочность; Fa> Л» Г* — площади сечений про- 1 дольной, наклонной ар* матуры и хомутов; га, — соответствующие плечи относительно центра сжатой зоны бетона. В случае расчета балки с постоянной высотой сечения (резко изменяется пло- щадь арматуры) длину проекции с допу- скается определять по формуле С — Q1~~~ ~Ь^а SF0 sin а (XII 23) <7х + Р
где — поперечная сила в нормальном сечении, проходящем
через начало наклонного сечения;
Рг и р — сосредоточенная и равномерно распределенная „(эквива-
лентная) нагрузки в пределах наклонного сечения;
ух — интенсивность поперечного армирования на' участке,
определяемая по формуле
<7х=“~> (XII. 24)
где и — шаг хомута.
Расчет на выносливость производится для упругой
стадии работы, при этом принимается гипотеза плоских сечений, а
эпюра напряжений в сжатой зоне имеет форму треугольника (рис. 142).
В расчете на выносливость определяют напряжения в арматуре
оа и в бетоне об, которые сопоставляют с расчетными сопротивления-
ми на выносливость. Напряжения в бетоне
_ Мрасч , < , .
□б — —-----X ^ЯрбГ\пр>
'пр
напряжения в арматуре
/ М'
= Пг —у (h Х' Як) йра уас 7?а,
'пр k
(XII.25)
(XII.26)
где Л1расч — расчетный момент на выносливость;
/пр “ приведенный момент инерции сечения относительно
нейтральной оси (без учета растянутой зоны бетона);
п' = — принимается в зависимости от марки бетона по таб-
6 лицам указаний или норм по проектированию мостов
и труб1 *;
Rnp и — расчетные сопротивления на выносливость бетона
и арматуры по таблицам «Указаний»;
&рб, kpa — коэффициенты, определяемые по таблицам «Указа-
ний» в зависимости от коэффициента асимметрии цикла,
<7mln -ИР
СЧпах ^расч
Ж — момент от постоянной
нормативной нагруз-
ки; 4
уас — определяют по табли-
це «Указаний» в зави-
симости от типа свар-
ки арматуры и марки
стали. j
1 В дальнейшем изложении име-
нуются сокращенно «Указания».
Рис. 142 Схема ненапряженного нор-
мального сечения балки в расчете на вы
носливость
179
Остальные обозначения показаны на рис. 142.
Высоту сжатой зоны х' определяют из равенства статических
моментов относительно нейтральной оси и в результате решения
квадратного уравнения:
1/Гп'(Ра + Г')+(&'-&)й' у h^-b)+2n'(Faho+F'aa')
V I b ] 6 ’ (х11-27)
пр
+n.F^_x.f+
j
+ п'F'a(x'-a')2. (XII.28)
Расстояние (z/) от нейтральной оси до равнодействующей сжатой
зоны (2СЖ) определяют, пренебрегая незначительным влиянием арма-
туры:
/пр . .
Snp (&'-&) (У-й')*]
(XII.29)
Приведенные формулы пригодны для прямоугольных сечений,
если принять b = Ьй и Ь„ равным ширине сечения.
Расчет на прочность по поперечной с и-
л е. Поперечные силы в балках воспринимаются хомутами и отогну-
тыми стержнями. При расстановке хомутов и отогнутых стержней
следует руководствоваться конструктивными требованиями «Указа-
ний». Места начала отгибов определяют сравнением эпюр моментов
на прочность (выносливость) с эпюрой материалов для арматуры
(рис. 143). Изгибающие моменты, воспринимаемые арматурой, могут
быть определены умножением суммарной площади арматуры (п^) на
соответствующие плечи внутренних пар:
Рис 143 Эпюры материалов
а- — из расчета на прочность, б — из расчета нд вы
носливость
180
Л4а = nf&z, М’л = nfaz',
где
z' = h0—х’с + у.
Обозн ачен ия п режн ие.
Места возможных отги-
бов по прочности и по вы-
носливости могут не совпа-
дать. Нужно выбирать на-
чала отгибов, наиболее уда-
ленные от середины проле-
та, например п2 (см. рис,
143) вместо аХе
В конечном счете, число хомутов и отогнутых стержней определяют
по прочности. Полагая, что во всех хомутах и отогнутых стержнях,
попадающих в наклонное сечение, наступило предельное состояние,
расчет производят из условия
Q < Яа 2^0 sin а + SFax + Q6, (ХП.ЗО)
где Q — поперечная сила от расчетных нагрузок, принима-
емая у конца наклонного сечения в сжатой зоне
балки:
а — угол наклона стержней к продольной оси балки;
Q6 — проекция предельного усилия в бетоне наклонного
сечения на нормаль к продольной оси элемента:
Q6 = (XII.31)
С
р — длина проекции невыгоднейшего наклонного сечения
> на продольную ось;
7?р — расчетное сопротивление бетона на растяжение.
Остальные обозначения прежние.
Учитываемая в расчете величина Q6 не должна превышать 0,5Q.
Длина проекции с для элементов с постоянной высотой сечения
определяется по формуле
C=-|/2!M*L, (XII.32)
г <7х
где qx — предельное усилие в хомутах на единицу длины элемента:
qx = —; (XII.33)
и — расстояние между хомутами.
Длина проекции невыгоднейшего наклонного сечения не должна
превышать 4/г0.
Если условия расчета не выполняются, нужно пересмотреть при-
нятые исходные размеры (диаметр, шаг хомута), добавить число отги-
бов. Разрешается приваривать наклонные стержни к основной арма-
туре.
Наклонные сечения проверяют у опоры (от внутренней грани
опорной части), а также в местах изменения толщины стенки и ин-
тенсивности поперечного армирования.
По касательным напряжениям рассчитывают стен-
ки балок и места примыкания плиты сжатого пояса к вуту или стен-
ке балки.
Расчет производится на нагрузки по образованию трещины:
а) в стенке балок
т = (XII.34)
/цр о
181
Рис 144 Схема к расчету балки на
скалывающие напряжения
я _ х — нейтральная ось
Рис 145. Схемы к расчету балки на
раскрытие трещин*
а — взаимное расположение трещин, б —
наклонное сечение; в — определение пло
щади взаимодействия; 1 — низ верхнего
пояса, 2 —верх вута
182
б) в месте примыкания плиты
к вуту или стенке, если нет вута,
<xlL36)
Здесь
Q — поперечная сила в рассчиты-
ваемом сечении от внешней
нагрузки;'
Sc — статический момент всей
сжатой части приведенного
сечения;
/пр — приведенный момент инер-
ции;
b — толщина стенки;
5И1 — статический момент сжатой
части плиты до примыкания
к вуту или к стенке (рис. 144);
hn — толщина плиты около вута
или высота сечения в преде-
лах вута;
1,5 — коэффициент полноты эпюры
касательных напряжений;
^ск.— расчетные сопротивления бе-
тона на скалывание и срез.
Трещиностой кость
для, элементов III категории с не-
напрягаемой арматурой опреде-
ляют по наибольшему раскрытию
нормальных и наклонных трещин.
Для сечений, нормальных к
продольной оси элементов, ширина
раскрытия трещины может быть
определена по общей формуле удли-
нения арматуры на рассматривае-
мом участке /т (рис. 145):
= . (ХП.36)
£а
где оа — напряжение в растянутой
арматуре;
£а — модуль упругости арма-
туры;
фа — коэффициент, учитываю
щий влияние бетона рас-
тянутой зоны на дефор-
мации арматуры;
/т — расстояние между трещи-
нами.
Ё бкбнчательных формулах для определения ширины раскрытия
трещин учтены исследования, выполненные в ЦНИИС под руковод-
ством проф. О. Я. Берга.
Расчет по раскрытию трещин в нормальных и наклонных сечениях
элементов III категории трещиностойкости с ненапрягаемой армату-
рой выполняется по1 формулам:
а) для гладкой продольной арматуры
a, = 0,5-^Mi£r^A; (XII.37)
б) для продольной арматуры периодического профиля и для на-
клонной арматуры
aT=3-^-i|)2Vp;<A. . (XII .38)
Здесь оа — напряжение в растянутой продольной арматуре балки:
aa=-^7-; (XII.39)
М —изгибающий момент при расчете на трещиностой-
кость;
Fa — площадь сечения растянутой арматуры;
г' — плечо внутренней пары сил по результатам расчета
на выносливость;
Д = 0,3 мм — наибольшее раскрытие трещины, для элементов III
категории без предварительного напряжения.
Коэффициенты фх и ф2 для железнодорожных мостов определяются
в зависимости от проектной марки бетона:
Марка бетона
* менее 300 300 и более
% 1,0 ' 1,0
фа 0,9 0,75
Радиус армирования для нормальных сечений определяют по фор*
муле
__ ..........Ег / хп
Р(П1^1+п2^2+ . • 1
где Fr — площадь зоны взаимодействия (см. рис. 14&), огра-
ниченная наружным контуром сечения и величиной
радиуса взаимодействия г = 6d; j
*п19 п2» ...» rii — число одиночных пучков или стержней в пределах
площади Fn имеющих диаметры d19 d2f ..., сЦ.
Коэффициент 0 учитывает характер расположения арматуры и за-
висит от поверхности сцепления стержней с бетоном. При армировании
одиночными стержнями 0 = 1, при двойных стержнях 0 = 0,85, при
многорядной арматуре без просветов 0 = 0,75, при пучках'из строен*
-ных стержней 0 — 0,65.
183
Радйус взаимодействия Г считают от крайнего верхнего ряда с'герГк-
Ней, а если в крайнем ряду площадь меньше половины площади в каж-
дом из основных рядов, то г считают от предпоследнего ряда.
Радиус армирования для наклонных сечений определяют по
формуле
Sn0 «о cOs aj+Зйд; dx sin a0-|-Sni aicos a0
где FT = uBb;
ua — длина наклонного сечения 1^ежду поясами, Проведен-
ного под углом 35° к продольной оси элемента
(см. рис. 145);
п0, пх и пх,
d0, dx и —- число и диаметр наклонных стержней, ветвей хомутов
и продольных стержней;
cq — угол между наклонным стержнем и нормалью к на-
клонному сечению;
а0 — угол между продольным стержнем и нормалью к на-
клонному сечению. ч
При вычислении радиуса армирования Rr учитывают все стерж-
ни, попадающие в расчетное сечение. Из приведенных формул видно,
что величина раскрытия трещины ат прямо пропорциональна радиусу
армирования Rr. Уменьшение величины Rr достигается уменьшением
диаметра стержней рабочей арматуры и площади взаимодействия Fr.
Для повышения трещиностойкости следует применять арматуру
периодического профиля, при которой в результате лучшего сцепле-
ния с бетоном трещины располагаются более часто (меньше ZT), но
с меньшим раскрытием (меньше ат).
Прогиб балок пролетных строений вычисляют в зависимости от
системы пролетного строения и величины перекрываемого пролета.
В разрезных балочных конструкциях, отнесенных к III категории
трещиностойкости, допускается применение приближенного метода,
основанного на использовании формул сопротивления упругих мате-
риалов, если наибольшее раскрытие трещин не превышает 0,1 мм.
Для определения прогиба при кратковременном действии нагруз-
ки в расчет вводят полное приведенное сечение с моментом инерции
/пр, однако расчетную изгибную жесткость принимают с коэффициен-
том понижения в зависимости от категории балок по формуле
В == (0,7-т-1,0)£б/пр. (XII.42)
Вычисленный по предельным состояниям II группы вертикальный
прогиб от подвижной временной нагрузки не должен превышать для
железнодорожных мостов величины 800 25 t и расчетного
пролета /.
При величине раскрытия трещин более 0,1 мм прогиб вычисляют
согласно указаниям главы СНиП П-В.1—72.
Прямоугольное сечение, характерное для плиты балластного ко-
рыта, рассчитывают как частный случай таврового сечения. В расчет
обычно вводится сечение шириной 100 см.
184
При назначении основных размеров плиты балластного корыта
руководствуются следующими конструктивными требованиями: плита
в продольном направлении составляет сжатую зону балки; фактиче-
скую высоту плиты hn обычно принимают равной 0,1/г балки, но не
менее 16 см, на конце консоли допускается 12 см; диаметр рабочей рас-
тянутой арматуры — не менее 12 мм.
В месте заделки сечение консольной плиты увеличивается на вы-
соту вута, т. е. полная высота сечения /гв = /гд + (5 -j- 7) см. Ниже
приведены формулы для расчета нормального сечения в заделке
с одиночной арматурой (конструктивная арматура сжатой зоны не
имеет существенного значения).
Расчет на прочность производится в два этапа: по
исходной и скорректированной (рис. 146) расчетным схемам. Из ис-
ходной схемы определяют высоту сжатой зоны
RaFa . (XII.43)
^пр
Площадь арматуры предварительно определяют из условия
Р ~ ^Расч
а '
где г — плечо внутренней пары сил (в первом приближении может
быть принято z — О,9/го). Условное скорректированное
значение хс — т2х зависит от коэффициента условий ра-
боты m2 [см. (XII.21)].
Прочность сечения должна удовлетворять условию, выведенному
из скорректированной расчетной схемы,
МраСч<ЯпрМ0(Ло-0,5л;0). _ (XII.44)
Расчет на выносливость производят на основании предпосылок,
принятых в расчете поперечных сечений балок. Положение нейтраль-
ной оси определяется из условия равенства нулю суммы приведенных
статических моментов.
В соответствии с расчетной схемой (рис. 147) это условие выража-
ется уравнением
ь*£--п'Рл(Но-х') = 0, ' (XII.45)
185
Ьп - 100 CM
Рис 147 Схема прямо-
угольного сечения в рас-
чете на выносливость
откуда
Плечо внутренней пары сил
, z' = ha—— .
I 0 3
(XII .46)
(XII.47)
Вычисление напряжений производится по следующим формулам:
напряжение в бетоне
_ 2^расч ^-р' .
°б—
(XII.48)
напряжение в арматуре
рЯСЧ
(XII. 49)
Если напряжения в арматуре получаются неудовлетворительными,
следует увеличить ее площадь.
Плиту балластного корыта в предварительно напряженных пролет-
ных строениях рассчитывают так же, как в конструкциях из обычного
железобетона.
§ 4. Расчет изгибаемых железобетонных элементов
с напрягаемой арматурой
Определение расчетных усилий дано в § 2. Методика определения
силовых факторов обычными методами строительной механики как
для однородного упругого тела полностью пригодна для статически
определимых систем.
В статически неопределимых системах необходимо учитывать пере-
распределение расчетных усилий, вызываемое силами натяжения ар'-
матуры в упругой стадии и проявлением усадки и ползучести бетона
во времени. В расчетах неразрезных балок учитывается переменность
жесткости сечений по длине балки. Для неразрезных балок расхожде-
ние в соотношениях погонных жесткостей, принятых в расчете и по-
лучившихся по конструктивным чертежам, допускается не более чем
на 30%.
? Тавровые, двутавровые и коробчатые сечения. Предварительно
напряженные балки рассчитывают на прочность так же, как и балки
с ненапрягаемой арматурой.
|86
fe предельном состояний предполагается, что в стадий разруше-
ния обжатие в растянутой зоне не сохраняется и поэтому могут раз-
виваться трещины. К особенностям расчета можно отнести наличие
напрягаемой арматуры в сжатой зоне (Fn). Вследствие усилий, воз-
никающих в этой арматуре, снижается несущая способность балки
на изгиб. Необходимость постановки арматуры в сжатой зоне опреде-
ляется тем, что при натяжении прямолинейной арматуры в растяну-
той зоне могут возникать растягивающие напряжения в сжатой зоне,
которые не всегда погашаются собственным весом балки. Кроме того,
в процессе*монтажа при строповке балки в двух точках возникают рас-
тягивающие напряжения в верхнем поясе от собственного веса, соот-
ветствующие расчетной схеме двухконсольной балки.
В расчете на прочность следует учитывать изменение напряжения
в арматуре Fn, уменьшая его на величину предельной относительной
сжимаемости бетона еб = 2 • 10~3.
Тогда предельное сжимающее напряжение Кнс ПРИ модуле упру-
гости высокопрочной проволоки Ен= 1,8 X 10е будет
/?нс = 2 • IO"3 X 1,8 X 10е = 3600 кгс/см2.
Поэтому напрягаемую арматуру Р„. сжатой зоны вводят в расчет
на прочность с напряжением Ос, определяемым формулой
Ос = - Он, (XII.50)
где о„ — растягивающее предварительное напряжение в арматуре F'n
с учетом потерь. у
При наличии сцепления арматуры с бетоном следует принимать
/?нс = 3600 кгс/см2, а при отсутствии сцепления (допускается на ста-
дии изготовления и монтажа) 7?нс = 0.
Для предварительного определения площади напрягаемой арма-
туры можно использовать формулу (XI 1.16), заменив в ней Да на
7?й. При этом нужно иметь в виду, что постановка напрягаемой арма-
туры в сжатой зоне вызывает увеличение площади напрягаемой арма-
туры в растянутой зоне. Окончательно количество напрягаемой арма-
туры часто ’определяют по условию трещиностойкости.
Расчет на прочность по йзгибающему моменту нормальных се-
чений с двойной арматурой производится в два этапа. Высоту сжатой
зоны определяют из исходной расчетной схемы (рис. 148, а)
__ ^н+Ка/а—^н—^ас /?пр (^п ^)(XII 51)
Rnp Ь *
Прочность сечения устанавливается неравенством, выведенным из
условной скорректированной схемы (рис. 148, б),
Мрасч =с Rnp Ьхс (п0 —0,5хс) + 7?ао Ка (/i0—а')'+
"Ь-^пр(^п—б) (йв—0,5/ip) /гаос Fn (h0 aa). (XII.52) ,
При x hn в приведенных выражениях b заменяют на b„ и рас-
чет сводится к прямоугольному сечению.
187
Рис. 148 Схемы напряженного нормального сечения балки в расчете на проч-
ность:
а — исходная схема; б -^скорректированная схема
В формулах (XII.51) и (XII.52):
Л4расч — изгибающий момент от расчетных нагрузок;
7?н — расчетное сопротивление напрягаемой арматуры;
7?а и Rac — то же ненапрягабмой в растянутой и сжатой зонах;
/?пр — расчетное сопротивление бетона на сжатие;
Fa и Fa — площади сечений напрягаемой и ненапрягаемой ар-
матуры в растянутой зоне;
Fa и F'a — то же в сжатой зоне;
оа — напряжение во всей растянутой арматуре, соответст-
вующее высоте сжатой зоны хс;
F\ — приведенная площадь всей растянутой арматуры:
F^FS + Fa^--
т2 — коэффициент условий работы, определяемый по фор-
муле (XII.21):
т2 = 1,7-0,7 (^ + Д).
Коэффициент т2 принимают в пределах 0,7 m2 1; £ = —
относительная высота сжатой зоны бетона;
А = 0,000157?О 0,75;
/?0 = 0,87?н —оН1 — Для напрягаемой арматуры из проволочных пучков
и прядей;
<тн1 — установившееся предварительное напряжение;
— нормативное сопротивление напрягаемой арма-
туры.
Остальные обозначения см. рис. 148.
Толщину плиты балластного корыта в расчете на прочность целе-
сообразно принимать так, чтобы' приведенная высота h„ > х удов-
летворяла конструктивным требованиям «Указаний».
188
Расчет наклонных сечений по изгибающему моменту призводит-
ся только для балок с резким изменением высоты или площади попе-
речного сечения арматуры из условия
^расч «и 4" 4" ^н^^?но^но4“
4~ ^н^нх^нх 4" ах^ах» (XII.53)
где 7Ирасч — расчетный момент при расчете на прочность;
гн, ^а» zH0> zHX, гах ~ плечи усилий напрягаемой и ненапрягаемой
арматуры (рис. 149). Высоту сжатой зоны в на-
клонном сечении допускается принимать из рас-
чета на прочность нормального сечения;
FH, Fa, Рв0 — площади сечений соответственно напряженной,
ненапрягаемой продольной арматуры и напря-
женной криволинейной;
FHX, ^ах — площади сечений напрягаемых и ненапрягаемых
хомутов.
Если необходимо произвести расчет балок с постоянной высотой,
длину проекции с невыгоднейшего наклонного сечения (см. рис. 149)
определяют по формуле
с==, <21—^-^Hj^Bosing (XII.54)
<7х+Р
где Qi — поперечная сила в нормальном сечении, проходящем
через начало наклонного сечения;
Рг, р — сосредоточенная и равномерно распределенная (экви-
валентная) нагрузка в пределах наклонного сечения;
qx= ( (XII.55)
где /^х И FHX— площади сечений ненапрягаемых и напрягаемых
хомутов, расположенных в одной плоскости;
и — шаг хомута.
Трещиностойкость пред-
напряженных конструкций
определяют в зависимости
от их категории.
Для элементов, отнесен-
ных к I категории трещи-
ностойкости, производится
расчет только по образова-
нию трещин. Расчет выпол-
няют по формулам сопро-
тивления упругих материа-
лов с учетом установив-
шейся величины предва-
рительного напряжения в
бетоне . Поперечное сечение
%нхз
Рис 149 Расчетная схема наклонного сечения
1 — центр сжатой зоны
при этом предполагается
цельным, без трещин.
189
°6l
6)
1 — линйя центра
Элементы II категории трещиностойкости рассчитывают по нормаль-
ным и наклонным сечениям как по образованию, так и по раскрытию
трещин с ограничением их наибольшей величины. В расчете на рас-
крытие трещин поперечное сечение полагают'ослабленным трещиной.
Отнесение элемента к той или иной категории, величины расчет-
ных растягивающих сопротивлений (7?р) и предельных раскрытий
Трещин определяются в соответствии с «Указаниями».
Трещин остойкость по нормальным напряжениям. В расчете эле-
ментов I и II категорий по образованию поперечных трещин необ-
ходимо определить приведенные характеристики сечений (площадь,
Момент инерции, момент сопротивления), при этом сечение считают
сплошным (без трещин). При наличии сцепления напрягаемой арма-
туры с -бетоном в элементах с натяжением на упоры учитывается пол-
ное приведенное сечение.
В изгибаемых элементах (балках) предварительное напряжение
в бетоне достигается путем внецентренного приложения сил обжатия
(рис. 150). Для наиболее напряженного сечения (середина пролета)
напрягаемая арматура всегда горизонтальна и поэтому равнодейст-
вующая сил обжатия (IVар) может быть определена по формуле
= (XI 1.56)
Желательно, чтобы равнодействующая обжатия Упр проходила
В пределах ядра сечения.
Эксцентриситет силы Nnv относительно центра тяжести приведен-
ного сечения
(ХИ.57)
^пр
Тогда напряжения в нижнем волокне бетона ogi от обжатия
н FBOS+F^ Он , (^нОн+^О^еу11
Об1 =--------------1------------2_в
пр * пр
= (i + , (XII.58)
190
где
Fnp и /пр — соответственно площадь и момент инерции приве-
денного сечения;
аи и Он — напряжение в нижней и верхней арматуре.
Остальные обозначения ясны из рис. 150.
Из уравнения (ХИ.58) может быть получена величина напряже-
ния в нижней арматуре:
(XII.59)
Если верхняя арматура отсутствует, второй чден уравнения
(XII 59) равен нулю.
Для стендовой технологии изготовления напряжения верхней и
нижней арматуры можно принимать равными (ав = Он), тогда форму-
ла (XI 1.59) приобретает вид
<тн=----------------- (XII.60)
(гн+^(1+-7г)
По формуле (X 11.60) определяется необходимая величина устано-
вившегося-напряжения в арматуре (<гн).
Из условия погашения растягивающих напряжений в нижней
зоне бетона с учетом растяжения бетона получим
Об п+Об.Вр-Об1=Яр. (XII.61)
В формулу (XI 1.60) подставляем значение
аб1 = о!1.п + аб.Вр-Яр, (XII.62)
где Об. п> Об, вр — напряжение в нижней зоне бетона от постоянной
и временной нагрузок;
7?р — расчетное сопротивление бетона на растяжение,
принимаемое в пределах от 0,5 7?р до 27?р в зависи-
мости от категории трещиностойкости (см. «Ука-
зания»).
Для того чтобы в эксплуатационном периоде работы конструкции
сохранилась величина установившегося напряжения он, при натяже-
нии арматуры необходимо учитывать суммарную величину потерь на-
пряжения оП0Т. Тогда необходимая величина контролируемых напря-
жений о^к на стенде должна удовлетворять "условию
анк ~ °д оП0т 7?н, (XI 1.63)
где 7?н — расчетное сопротивление арматуры.
В случае если это условие не выполняется, необходимо увеличить
площадь арматуры F& или изменить размеры поперечного сечения
191
Суммарная величина потерь напряжений. Величина искусственно
создаваемых усилий не полностью используется для обжатия бетона
вследствие потерь напряжения, которые происходят в момент натя-
жения и с течением времени.
В расчетах должны быть учтены потери предварительного напря-
жения, возникающие от следующих факторов: усадки бетона — оу;
ползучести бетона — о2; релаксации напряжений стали — о3; де-
формации анкеров и стенда — оу; трения пучков в местах перегибов
о5; от температурного перепада между арматурой и стендом при про-
паривании бетона ов.
В конструкциях с натяжением арматуры на упоры определяют по-
тери в следующие сроки:
а) к моменту окончания передачи на бетон натяжения армдтуры
в расчете определяют первые потери — от релаксации напряжений
стали о3, от деформации анкеров и стенда о4, от трения пучков <т5
и от температурного перепада о6;
б) на стадии проектирования определяют также потери, которые
возникнут в период эксплуатации сооружения от усадки оу и от пол-
зучести бетона ст2.
В конструкциях с натяжением арматуры на бетон:
а) к моменту окончания передачи натяжения на бетон учитывают
первые потери — от деформации анкеров о4, от тления арматуры в ка-
налах о5;
б) в стадии эксплуатации наряду с первыми потерями учитывают
потери от усадки и ползучести оу бетона, а также от релаксации
напряжений стали о3.
При натяжении арматуры на бетон следует учитывать уменьшение
напряжений в арматуре из-за упругого обжатия бетона. Числовые
значения всех указанных величин определяют по рекомендациям
«Указаний».
Расчет по образованию наклонных трещин в стенках элементов,
отнесенных ко II категории трещиностойкости (расчет по главным на-
пряжениям) производят с учетом взаимного влияния главных растя-
гивающих и сжимающих напряжений.
В расчете должно быть выполнено условие
+ Г0,3+ 0,7-^-2-1 1.
Re [ (mRp)8J mRp
(XII.64)
При этом главные напряжения определяют по формуле
+ С г.р = у (*х + ± у У(<Ух-а^ + 4^. (XII.65)
Здесь аг р, аг с — главные растягивающие и сжимающие напряжения;
т — коэффициент условий работы, зависящий от кате-
гории трещиностойкости и поперечного армирова-
ния стенки по данным «Указаний»;
7?э — расчетные сопротивления бетона на совместное
воздействие силовых факторов и неблагоприятных
влияний внешней среды;
19?
/?р — расчетное сопротивление бетона растяжению;
ох — нормальные продольные напряжения в бетоне в
проверяемой точке сечения от усилий в напрягав-
мой арматуре и от внешней нагрузки:
-Г- М
ах=аб1 “7— У>
7 пр
(XII.66)
где об1 — установившееся эффективное предварительное напря-
жение в бетоне в проверяемой точке;
М — изгибающий момент от внешней нагрузки при расчете
на трещиностойкость;
у — расстояние от центра тяжести приведенного сечения
до расчетной фибры;
/пр — момент инерции приведенного сечения относительно
его центра тяжести;
Gy — сжимающие напряжения в бетоне, нормальные к про-
дольной оси элемента, которые могут возникать от на-
прягаемых хомутов, а также от опорной реакции и
1 местной нагрузки:
аг, = ^иЦнх_ + Да?,
Ux Ъ
(XII.67)
онх — предварительное напряжение в хомутах за вычетом по-
терь;
FHX — площадь поперечного сечения ветвей напрягаемых хо-
мутов, расположенных в одной плоскости;
— шаг хомутов;
b — ширина стенки балки;
Аоу — сжимающие напряжения в бетоне, нормальные к про-
дольной оси элемента, которые возникают от воздейст-
вия опорной реакции и от'местной постоянной и вре-
менной нагрузок, расположенных выше рассматривае-
мого сечения; величина напряжений определяется в со-
ответствии с «Указаниями»;
т — касательное напряжение в стенке балки.
Расчет по раскрытию нормальных трещин в конструкциях, отне-
сенных ко II категории трещиностойкости, определяют в зависимости
от вида арматуры.
Для пучков из высокопрочной проволоки
«т=0,4^-фн/?н; (XII.68)
для арматуры из стержней периодического профиля
aT=2,5-^-%V^. ' (XII.69)
7 Зак. 1298
193
В формулах (XII.68) и (XII.69):
йт — предельное допускаемое раскрытие трещин;
Rr — радиус армирования для нормальных сечений;
фн — коэффициент, учитывающий влияние растянутой зоны
бетона между трещинами на деформации арматуры, для
пролетных строений железнодорожных мостов:
^н=°’5 + -^- (ХП.70)
Величины приращений напряжений в напрягаемой арматуре Дои
от воздействия части нормативной -нагрузки, а также напряжения
в крайнем волокне бетона сжатой зоны Og от того же воздействия опре-
деляются по формулам:
Дан = пх о? ----1) :
(XII.71)
(XII.72)
-----
О, “I- 0Сх X6Сз
Высоту сжатой зоны х можно определить из уравнения
x’+3(e-/io)x2+4(eai-₽i)-4(ea?-^=0' (хп’73>
о р
В формулах (XII.71)—(XII.73):
h0 — рабочая высота сечения;
b — толщина стенки таврового сечения или суммарная толщина
стенок коробчатого сечения;
е — эксцентриситет относительно центра нижней напрягаемой
арматуры FH с учетом момента от нормативных нагрузок
е = .мР+к+У°-?°_ , (XII.74)
No
е9 » aaFu ~ —эксцентриситет (XI 1.75) усилия предваритель-
Q ного натяжения арматуры No относительно ниж-
ней напрягаемой арматуры FB (при 7Ир+к = 0);
= uHFB + Он^н — суммарное усилие натяжения нижней и верх-
ней арматуры;
п, И ег — по таблице «Указаний» или норм;
Сб
«2» ₽i> ₽2 — коэффициенты уравнения, характеризующие гео-
метрические параметры сечения:
«1 = hB (&п - Ь) + пг (FB + F'); (XI 1.76)
(Ьв—Ь) (йо—+ ni F« (ХИ-77)
194
id
«2 = (ba - b) + nx (FH h0 4- к ан); (Xt1.72)
₽2=~ (Ьп~Ь) (h°~Th*) +П1 F“ {h°~a*} a*’ (XIL79)
ba, h„ — ширина и толщина плиты;
«н — расстояние от центра тяжести арматуры Fi до верх-
ней грани плиты.
При наличии в сечении ненапрягаемой арматуры вместо Fa и F'a
нужно подставлять приведенные площади поперечных сечений ар-
матуры:
^н + ^-^-и
В наклонных сечениях элементов II категории расчет по раскры-
тию трещин производится дважды: 1) путем ограничения величины
растягивающих напряжений в арматуре по формуле
#а, (XII.80)
где <тг. р —главные растягивающие напряжения в бетоне от по-
стоянной и временной нагрузок;
от. у — температурно-усадочные напряжения в бетоне по направ*
лению главных растягивающих напряжений;
(ХП.81)
I/O
b — толщина элемента, см;
р, — коэффициент армирования сечения элемента, определяемый
как отношение суммы проекций площадей арматурных
стержней на направление главных растягивающих на-
пряжений в бетоне к соответствующей площади бетонно-
го сечения;
2) расчетом ограничивается величина раскрытия трещин, которая
определяется по формуле
ат=2,5 -^-фвУяг, (XII.82)
где <та — напряжение в арматуре по формуле (XII.80);
фн — коэффициент по формуле (XI 1.70);
Rt — радиус армирования для наклонных сечений по фор-
муле (XII. 41).
Расчетом на трещиностойкость в стадии предварительного обжа-
тия и на монтаже конструкция обеспечивается от возможного возник-
новения как поперечных, так и продольных трещин в бетоне.
Поперечные трещины могут возникать от растягивающих напря-
жений, а продольные вызываются большими сжимающими напряже-
ниями в бетоне (поперечное растяжение при продольном сжатии).
*7* 195
Поэтому нормальные сжимающие н растягивающие напряжения в бе-
тоне не должны превышать соответствующих расчетных сопротивлений.
Фибровые напряжения в бетоне верхнего и нижнего поясов об
вычисляются от равнодействующей усилий предварительного натяже-
ния Л^пр (с учетом потерь на данной стадии) и воздействия изгибаю-
щего момента от собственного веса.
При стендовой технологии и для одинакового напряжения в ниж-
ней FB и верхней F„ арматуре
^пр = (Они - °пот) (Рв + К), (XII.83)
где оП0Т — величина потерь натяжения арматуры к моменту отпуска
ее натяжения: '
°ПОТ — и3 'Г' °4 I °5 I «6-
Для расчета на стойкость против образования продольных тре-
щин в нижнем поясе при внецентренном обжатии элемента применяют
формулу
(XII.84)
и___ ^пр I ^пр е _ Мс. в
аб=7?пр‘ Г£р Ж“р
Для расчета на стойкость против образования поперечных тре-
щин в верхней зоне при внецентренном обжатии используют формулу
= ^ПР ^Пр
(XII.85)
В приведенных формулах Fnp, 1F„P и №®р — соответственно приве-
денные характеристики площади сечения и моментов сопротивления
относительно нижней и верхней фибр сечения;
RT — расчетное сопротивление на продольную трещиностойкость;
Rp — расчетное сопротивление бетона на растяжение.
Остальные обозначения известны из предыдущих расчетов.
-Аналогичный расчет выполняют’на случай воздействия монтажных
нагрузок.
Если не выполняется условие продольной трещиностойкости, то
можно.изменить геометрические размеры сечения или повысить мар-
ку бетона. Для стойкости против образования поперечных трещин
в случае необходимости в верхнюю плиту вводится напряженная или
ненапряженная арматура. Возможно Применение верхних инвентар-
ных напряженных пучков, которые используются только в процессе
монтажа.
Расчет на выносливость обязателен для пролетных строений же-
лезнодорожных мостов. При расчете на выносливость сжимающие
напряжения в бетоне и растягивающие напряжения в арматуре, вы-
численные как для упругого тела, не должны превышать соответствую-
щих расчетных сопротивлений. Сжатую арматуру и бетон растянутой
зоны не рассчитывают на выносливость.
196
Расчет на выносливость элементов, отнесенных к 1 категории тре-
щиностойкости по нормальным сечениям, производится как для
сплошной конструкции (без трещин).
Напряжения в арматуре растянутой зоны:
макс он = (он1 — Оу0) + Онп + стнв С £рн#н; (XI 1.86)
мин оя = макс он — онв. । (XI 1.87)
Напряжения в бетоне сжатой зоны:
макс Об=Об1 + Обп + Обв < йрб (XII.88)
мин Об=Об1 + Обп. (XII .89)
Элементы, отнесенные ко II категории трещиностойкости, рассчи-
тывают на выносливость по нормальным сечениям в предположении
случайного образования трещин.
Максимальные напряжения макс (Тб в бетоне сжатой зоны опреде-
ляются по формуле (XI 1.88) с учетов выключения из работы растяну-
той зоны бетона. При определении минимальных напряжений по
формуле (XI 1.89) используется полное приведенное сечение.
Напряжения в арматуре растянутой зоны:
макс Од = он1 + Дод /?РнЯн; (XI 1.90)
мин Од = ов1 — пуо. (XII.91)
В приведенных выражениях приняты следующие обозначения:
онп, °яв — напряжения в арматуре от постоянной и временной на-
грузок; ?
<>бн. Обв — напряжения в бетоне сжатой зоны от постоянной и времен-
ной нагрузок;
Сн> Об — установившиеся (за вычетом потерь) предварительные на-
, пряжения в арматуре и бетоне сжатой зоны;
% Рпр — расчетные сопротивления на выносливость в арматуре
и бетоне;
/грн, kpt> — поправочные коэффициенты, определяемые в зависимости
от коэффициента асимметрии цикла р = ^мин.;
суо — снижение напряжений в арматуре от упругого обжатия
в бетоне оуо == ц'об;
об — среднее напряжение в бетоне на уровне центра тяжести
напрягаемой арматуры;
Дон — приращение напряжений в арматуре по формуле (XI 1.71).
В наклонных сечениях стенок’преднапряженных пролетных строе-
ний железнодорожных мостов поперечную арматуру также следует
рассчитывать на выносливость.
Расчет на выносливость ненапряга'емых хомутов преднапряжен-
ных балок, не имеющих наклонной напрягаемой арматуры, или
напрягаемых хомутов .производится по формуле
X- + С Vac (XIL92)
197
Где d и f& — диаметр и Площадь поперечного сечения одного стерж-
ня хомута;
/а — момент инерции поперечного сечения одного стержня
хомута;
(XII.93)
(XII.95)
k6 — коэффициент реактивного сопротивления бетона, кгс/см3,
принимается равным 1207? (7? — марка бетона);
7?а — расчетное сопротивление, стали хомута на выносливость,
соответствующее р — 0,"при сварных сетках с учетом
коэффициента уао;
Л/х и Qx — нормальная и поперечная силы, действующие вдоль
и поперек хомута, определяемые по формулам’
Дтл°7С >' (X,L94)
п Дтрг,р COS ф £
Дт+Да0 I-
При использовании приведенных формул следует иметь в виду, что
ог. р — главные растягивающие напряжения на уровне центра тя-
жести сечения в месте пересечения расчетной трещиной под углом ф
к направлению хомутов, где угол ф может быть определен как угол
наклона главных напряжений по формуле сопротивления материалов.
Условная податливость кромок трещины определяется по формуле
Дт = -^г,
ЕбЬ
где /т — половина длины трещины, расположенной под углом ф
__ к хомуту;
, f — площадь поверхности трещины, приходящаяся на одну
ветвь хомута.
Условные податливости арматуры вдоль и поперек ее направления
соответственно определяются по формулам:
AaN = 0,85-^-
£/а
(XII.96)
и
Аа0=^4"Г’ (ХП’97)
£а/асЗ
где /ак — длина активного участка арматуры вблизи кромок тре-
щины.
Расчетная наклонная трещина проводится перпендикулярно рас-
тягивающим напряжениям на уровне центра тяжести сечения. Длина
расчетной наклонной трещины принимается равной расстоянию между
линиями примыкания верхнего и нижнего поясов.
Расчет на прочность по поперечной силе. В предельном состоянии
условия расчета наклонного сечения в преднапряженных балках ана-
198
логичны расчету ненапряженных конструкций и поэтому можно вос-
пользоваться формулой (XII.30). При этом нужно иметь в виду, что
вместо отогнутых стержней может быть полигональная или криволи-
нейная напряженная арматура, которую следует учитывать с соответ-
ствующим расчетным сопротивлением.
Для криволинейной арматуры угол наклона а принимают по сред-
нему значению. В расчете наряду, с ненапрягаемыми хомутами должны
быть учтены напряженные хомуты, если они имеются.
Стенки балок с прямолинейной напрягаемой арматурой армируют
только поперечными стержнями (хомутами).
Расчет прочности таких балок производится из условия
(ХП.98)
Qx. б —• предельная поперечная сила, воспринимаемая бетоном и хо-
мутами в невыгоднейшем наклонном сечении и определяемая
по формуле
Qx.6 = VS#P^§<7x. , (XII.99)
Величина интенсивности поперечного армирования
Q2 й
. ' <ХП-10°)
может быть использована для определения требуемого количества
поперечной арматуры в соответствии с формулой (XI 1.33).
Принятые обозначения известны из предыдущих расчетов.
В качестве невыгоднейших наклонных сечений могут быть рассмо-
трены сечения, начинающиеся у опоры и в местах изменения сечения
или интенсивности поперечного армирования.
По касательным напряжениям рассчитывают стенки балок и места
примыкания сжатого пояса к стенке балки. В балках с криволинейной
арматурой расчет на скалывание производится по формуле
----(XII. 101)
где QH — поперечная сила от воздействия усилия предварительного
напряжения Wnp (за вычетом потерь) в криволинейной
арматуре, определяется по формуле
QH = Wnpsina. (XII. 102)
В случае прямолинейной арматуры расчет производится по форму-
ле (XI 1.34). Примыкание плиты к стенке рассчитывается по формуле
Прогиб балок I и II категорий трещиностойкости при кратковре-
менном действии нагрузки определяют по формулам сопротивления
упругих материалов с введением в расчет полного приведенного се-
чения.
Изгибную жесткость определяют по формуле (XI 1.42).
Ограничения прогиба те же, что и для балок с ненапрягаемой ар-
матурой.
199
ГЛАВА XIII
СООРУЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
§ 1. Изготовление элементов сборных
железобетонных пролетных строений1
Элементы сборных пролетных строений мостов изготовляют на по-
лигонах мостостроительных организаций и заводах Минтрайсстроя
из обычного и предварительно напряженного железобетона.
Предварительно напряженные пролетные строения изготовляют
по двум технологиям (табл. 14): с натяжением арматуры на бетон (на-
тяжение после бетонирования) или на упоры (натяжение до бетони-
рования).
В первом случае арматурные пучки укладывают в опалубку до
бетонирования с изоляцией лентой, пропитанной минеральным мас-
лом или битумом. Натяжение пучков производйтся после набора бе-
тоном прочности не менее 80% марочной.
. Такая технология позволяет изготовлять пролетные строения без
дополнительных затрат на сооружение специальных устройств (упо-
ров) для натяжения. Однако при этом требуется последующее ©бето-
нирование анкеров и инъецирование цементного раствора в каналы,
причем контроль за качеством иньекции и за напряженным состоянием
арматуры весьма сложен и не гарантирует полного заполнения кана-
лов. к»
При изготовлении блоков пролетных строений с поперечным чле-
нением (под автодорогу) каналы образуются путем укладки до бето-
нирования гибких стальных каналообразователей или круглых сталь-
ных труб. Первые остаются в бетоне, вторые перед укладкой смазывают
эмульсией или отработанным машинным маслом и извлекают после
того, как бетон приобретет требуемую прочность. При монтаже про-
летного строения в каналы протягивают арматурные пучки, которые
натягивают гидродомкратами с упиранием их в торцы блоков.
В конструкциях с натяжением арматуры до бетонирования арма-
турные пучки из высокопрочной проволоки с анкерами натягивают
заранее на специальные упоры. Такой способ изготовления пролетных
строений в наибольшей мере отвечает условиям заводского производ-
ства и обеспечивает действенный контроль всех операций, но требует
наличия стационарных стендов или передвижных агрегатов.
Организация производства при изготовлении пролетных строений
может быть осуществлена по стендовой или поточно-агрегатной тех-
нологической схеме.
При стендовой схеме производства балки пролетных строений из-
готовляют нау стационарных железобетонных стендах (рис. 151, а).
1 § 1 написан канд. техн, наук В. Б. Бобриковым.
$0
Таблица 14
Состав и последовательность производственных операций при
изготовлении железобетонных пролетных строений
Элементы процесса Наименование операций
Пролетные строения с ненапрягаемой арматурой Предварительно напряженные пролетные строения с натяжением арматуры
на бетон | на упоры
Арматурные работы Заготовка ненапрягаемой арматуры (сеток и каркасов)
- Изготовление пучков из высокопрочной проволоки
Установка арматуры (сеток и каркасов)
' - Укладка пучковой ар- матуры с изоляци- ей ее от сцепления с бетоном Укладка пучковой ар- матуры
- Укладка каналообра- зователей1 Натяжение пучковой 1 арматуры
Формование Установка опалубки
Бетонирование
* Предварительная выстойка и распалубка
- Извлечение каналооб- разователей 1 -
Тепловлажностная обработка
- Натяжение пучковой арматуры; инъеци- рование каналов, обетонирование ан- керов Обжатие бетона (об- резка пучков, за- делка торцов)
Отделочные работы Устройство гидроизоляции
Отделка блоков, подача на склад готовой продукции
При изготовлении блоков пролетных строений е поперечным членением.
201
В отдельных случаях устраивают металлические сборно-разборные
стенды, которые после использования на одном предприятии или по-
лигоне демонтируют и вновь собирают вблизи другого строящегося
объекта или на другом полигоне.
Особенность поточно-стендовой схемы заключается в том, что из-
делие на4 протяжении всего цикла изготовления остается на одном
месте, в то время как оборудование, материалы» а также бригады рабо-
чих перемещаются от одного стенда к другому. Такая организация ра-
бот вызывает излишнюю затрату времени и труда, а размещение во-
круг стендов всех подсобных устройств (опалубки, элементов для про-
паривания, механизмов и др.) требует увеличения размеров рабочих
площадей. Вместе с тем следует отметить простоту и относительно
небольшую стоимость оборудования, применяемого при стендовой
технологии.
При поточно-агрегатной схеме элементы пролетных строений из-
готовляют на специально оборудованных передвижных упорах —
кассетах (рис. 151, б и в). Операции осуществляются специализиро-
ванными звеньями рабочих последовательно'на отдельных постах, обо-
рудованных механизмами в соответствии с выполняемым видом работ.
202
Возможны различные схемы поточно-агрегатных линий. Наи-
более целесообразной, с точки зрения распределения операций и
сроков выполнения работ, является семипостовая схема (рис. 152),
при которой осуществляется выпуск блока через каждые три смены.
Основное преимущество поточно-агрегатной технологии — уве-
личение производительности предприятия (цеха, завода) и повышение
качества работ благодаря специализации звеньев рабочих. В то же
время этой технологии присущи высокая стоимость и сложность обо-
рудования и оснастки. Поэтому применение поточно-агрегатной техно-
логии целесообразно при годовом выпуске пролетных строений не
менее 3 тыс. м3.
В зависимости от типа пролетных строений и технологии их из-
готовления оборудование арматурного цеха заводов и полигонсв,
помимо станков для обработки арматурной стали (правки, резки,
гнутья), должно включать кондукторы для сборки арматурных кар-
касов, станки и механизмы для изготовления пучков из высокопроч-
ной проволоки и анкеров.
Ненапрягаемые арматурные элементы пролетных строений вы-
полняют в виде сеток и каркасов сварных и вязаных. Напрягаемую
арматуру изготовляют в виде пучков из высокопрочной проволоки
с анкерами или в виде стержней периодического профиля (при стерж-
невой арматуре).
Пучки — двухпетлевые и беспетлевые состоят из гладкой высо-
копрочной проволоки диаметром 5—8 мм. Наличие петель позволяет
соединить рабочий пучок с инвентарными захватами для домкратов
при натяжении на упоры.
Для натяжения высокопрочной арматуры и передачи усилий натя-
жения на бетон применяют анкеры, конструкция которых описана
в главе XI.
Из заготовленных пучков, стержней и сеток в арматурном цехе
могут быть собраны отдельные части каркаса балки или весь каркас
арматуры нижнего пояса и стенки.
После установки каркаса в стенд или передвижной упор произво-
дится натяжение пучков. Технология натяжения, зависящая от ти-
па арматуры и вида анкеров, может быть осуществлена двумя спосо-
бами: механическим и электротермическим.
При механическом способе натяжения применяют гидравлические
домкраты одиночного или двойного действия. Домкраты одиночного
203
действия (рис. 153, а) используют при наличии анкеров стаканного
типа для захвата, посредством которого усилие с пучка через вилко-
образные шайбы передается на бетон.
Домкрат состоит из неподвижного цилиндра 1 и поршня 2. Ци-
линдр прикреплен к столику 3, упирающемуся в ригель стенда или
торец балки. Шток поршня соединяется посредством муфты 4 с анке-
ром 5 пучка.
Арматурные пучки вначале натягивают усилием,-на 10% превы-
шающим проектное, что частично гасит потери от релаксации напря-
жения в стали, снижает потери напряжений от деформаций соединений,
уменьшает трение, возникающее в натяжных и анкерных устройствах.
После 10-минутной выдержки усилие уменьшают до проектного.
Домкраты двойного действия (рис. 153, б), применяемые при бес-
петлевых пучках с конусными анкерами, служат для последователь-
ного натяжения и закрепления пучков в напряженном состоянии при
помощи запрессовки стальной пробки.
Неподвижный цилиндр 6 упирается лапками 10 в ригель стенда
или же в торец балки (при натяжении на бетон). На поршень надет
цилиндр 12, к которому "проволоки арматурного пучка крепят при
помощи клиновых или цанговых захватов. Внутри цилиндра 6 пе-
ремещается поршень 7, упирающийся своим штоком в анкерную
конусную пробку 9. Под давлением жидкости большой цилиндр на-
тягивает пучок, после чего малый шток запрессовывает конус и
этим фиксирует натяжение пучка.
Рис 153 Гидродомкраты для натяжения арматуры:
а —одиночного действия; б —двойного действия, 1—цилиндр, 2 — поршень; 3 — упор-
ный столик; 4— муфта; 5—анкер, 6 — неподвижный цилиндр; 7 — поршень малого ци-
линдра; 8 — цанговый захват проволок; 9 — пробка; /0 —упорные лапки; 7/ —проволоки
арматурного пучка; 12 — большой цилиндр
204
Принцип создания предварительного напряжения в арматуре элек-
тротермическим методом заключается в том, что стержни нагревают-
ся током до температуры, при которой их удлинение становится рав-
ным упругому удлинению от заданного проектного усилия натяжения.
Чтобы обеспечить безопасность рабочих, через напрягаемые стерж-
ни разрешается пропускать ток силой не свыше 1600—1700 А при на-
пряжении не более 16—20 В.
При натяжении на бетон арматуру, покрытую слоем термореак-
тивной пластмассы, укладывают в опалубку и изделие бетонируют.
После достижения бетоном проектной прочности через арматуру про-
пускают ток. При температуре + (150 4- 300)6С происходит необра-
тимый процесс полимеризации пластмассы, которая прочно соеди-
няет арматуру с бетоном. В период остывания арматура сокращается
по длине и сжимает бетон.
Большое значение имеет тщательный контроль за величиной натя-
жения арматуры, который осуществляется'при механическом натяже-
нии—по показателям тарированных манометров, измеряющих давление
жидкости в домкрате; по величине упругого удлинения арматуры и
контрольным показателям ^специальных^измерительных приборов
(динамометров).
При электротермическом способе контроль натяжения прово-
дится по величине удлинения арматуры при ее нагреве.
Для получения объективных данных напряжения в арматуре
контролируют не менее чем двумя независимыми друг от друга спо-
собами. При этом результаты измерения не должны отличаться бо-
лее чем на 5%.
При изготовлении пролетных строений мостов применяется щито-
вая опалубка двух типов — съемная и раскрывающаяся.
Боковые щиты деревянной опалубки (рис. 154, а) Состоят из
ребер, стоек, подкосов и дощатой обшивки. Элементы соединены на
гвоздях. Длина щитов до 4—5 м. Для обеспечения плотности запол-
нения бетоном нижнего пояса и стенки наружные доски опалубки при-
шивают по мере укладки бетона (закладные доски). Ввиду быстрого
износа деревянной опалубки ее целесообразно применять при не-
больших объемах работ, обычно на полигонах.
Металлическая опалубка в виде съемных щитов (рис< 154, б), уста-
навливаемых кранами, имеет обшивку толщиной от 4 до 8 мм, усилен-
ную системой вертикальных и продольных ребер. Установка и сня-
тие щитов вручйую трудоемки. Этот недостаток устраняется примене-
нием опалубки с механизированным раскрытием щитов путем поворо-
та вокруг шарниров при. помощи рычагов с гидроприводом.
Основным способом уплотнения бетона при изготовлении пролет-
ных строений является вибрирование с применением глубинных и на-
весных вибраторов, а также виброподдонов. Применение глубинных
вибраторов в сочетании с навесными, (тисковыми), прикрепляемыми
к конструкции опалубки, более эффективно для балок малых про-
летов.
Для уплотнения бетона в нижнем, наиболее насыщенном армату-
рой поясе балок больших пролетов, целесобразно применение вибро-
205
поддонов. Виброподдон 1 (рис. 155) представляет собой лист толщи-
ной 3—4 см, который устанавливают на упругие резиновые подкладки:
с боков листы окаймляются прокладкой из прорезиненной ткани,
которая обжимается обшивкой щитов опалубки. Вибратор крепят бол-
тами к выступам листа поддона.
Применение виброподдонов облегчает процесс вибрирования, но
не исключает необходимости применения глубинных и навесных вибра-
торов для уплотнения бетона в верхней части стенки и в плите балок,
так как колебания от виброподдона не передаются бортам форм.
Для повышения качества уплотнения бетонной смеси на Дмитров-
ском заводе МЖБК при изготовлении пролетных строений приме-
няют двухмассную резонансную виброопалубку. Такая опалубка
позволяет осуществить принцип объемного вибрирования и дает воз-
можность быстро и высококачественно формовать тяжелые изделия
сложного поперечного сечения, в частности пролетные строения мо-
стов.
Для ускорения процесса твердения бетона после раскружалива-
ния применяют его пропаривание.
При стендовой технологии применяется тепловая обработка про-
летных строений под съемными коробами или в камерах траншейного
типа. Последние представляют собой стационарные стенды, которые
совмещены с пропарочной камерой (см. рис. 151), накрываемой в пе-
риод пропаривания щитами кровли 8. 'Это позволяет использовать
стенды подобной конструкции на полигонах в суровых климатических
условиях.
При поточно-агрегатной технологии применяются камеры тоннель-
ного типа, имеющие, как правило, секционное устройство с пароне-
Рис. 154 Опалубка для изготовления железобетонных пролетных строений:
деревянная щитовая, б — металлическая щитовая инвентарная; 1 — болт-шарнир; 2
упорная доска; 3 — стяжки; 4 — щит опалубки, 5 — металлический диет опалубки; 6 •
ребра жесткости; 7 —стойка
206
фиксирую-
Рис. 155. Виброподдон:
проницаемыми перегородками. Последние позволяют проводить сту-
пенчатый процесс тепловой обработки, уравнивая время пребывания
пролетных строений на постах поточной линии и этим увеличивая про-
изводительность потока.
Получение конструкций пролетных строений высокого качества
во многом зависит от строгого соблюдения режимов тепловой обработ-
ки (рис. 156). Пропаривание, ускоряя процесс Твердения, .несколько
снижает конечную прочность бетона. Поэтому большое значение при-
дают предварительной выдержке изделия, что необходимо для образо-
вания некоторой прочности бетона, способной противостоять внутрен-
ним напряжениям от разогрева при пропаривании.
Важное значение имеет обеспечение на всех этапах тепловой обра-
ботки 100-процентной относительной влажности паро-вОздушной
среды, особенно на стадии остывания, когда подача пара прекращает-
ся, а изделие имеет значительную температуру. В результате происхо-
дит интенсивная влагоотдача бетоном. В этих условиях желательно
применять искусственное увлажнение изделия путем дождевания.
Точное соблюдение заданных режимов тепловой обработки най-
лучшим образом обеспечивается в пропарочных камерах, оборудован-
ных автоматическйм про-
граммном управлением.
Для обеспечения долго-
вечности изделий поверх-
ность балластного корыта
блоков пролетных строе-
ний железнодорожных мо-
стов на предприятии-изго-
товителе должна покры-
ваться гидроизоляцией.
Два слоя изолирующего
материала (стеклосетки,
Рис. 156. График термовлажностной обработки
пролетных строений
стеклоткани или гидроизола) приклеивают к поверхности битуморе-
зиновой мастикой (битантитом) в горячем состоянии.
Гидроизоляционные работы на строительстве следует произво-
дить в сухую погоду при температуре воздуха не ниже + 5° С; при
более низкой температуре эти работы необходимо выполнять в пере-
движных тепляках.
§ 2. Монтаж сборных железобетонных пролетных строений
Изготовленные ш а заводе или полигоне блоки пролетных строений
Перевозят на железнодорожном, автомобильном или тракторном транс-
порте (рис. 157) с соблюдением всех требований по перевозке тяжело-
весных и крупногабаритных грузов. При перевозке на двух железно-
дорожных платформах блок опирается на специальные устройства —
турникеты /, дающие возможность платформе поворачиваться под
блоком на кривых участках пути. Для перевозки на автотранспорте
используют колесные или гусеничные прицепы, а при перевозке особо
тяжелых блоков — трейлеры, буксируемые автотягачами или тракто-
рами.
- Установка блоков малых разрезных пролетных строений на опоры
производится стреловыми кранами. При пролетах до 12—15 м могут
быть применены краны на железнодорожном ходу (рис. 158, а и б).
- При строительстве новой линии широким фронтом блоки подвозят
на автотранспорте, а устанавливают на опоры при небольшой высоте
моста невозможности подхода к нему со стороны русла — стреловыми
кранами на автомобильном или гусеничном ходу (рис. 158, в).
а)
&)'
Рис. 157. Перевозка блоков балочных пролетных строений:
208
Рис 158. Установка блоков балочных пролетных строений стреловыми кранами^
железнодорожными, в — автомобильными
Рис. 159. Установка блоков балочных пролетных строений консольным краном
ГЭПК-130:
Рис. 160. Строповка блока
пролетного строения:
а — тяги пропущены через от-
верстия в плите; б — то же вне
плиты; 1 — тяги; 2 — траверсы
Для монтажа пролетнык строений пролетами 18 м и более Применяю!'
консольные краны грузоподъемностью от 70 до 130 т (рис. 159). Не-
которые из них (ПВК-,70, ГЭПК-130) имеют возможность поворачивать-
ся в плане, что позволяет выносить блок в сторону от оси пути и уста-
навливать его при двухблочном пролетном строении в проектное поло*
Шение. Краном ГЭПК-130 могут быть установлены блоки пролетных
строений под железную дорогу длиной до 34,2м. Блоки стропуют при по-
мощи специальных инвентарных строповочных устройств (рис. 160, а),
состоящих из тросов, пропускаемых через оставляемые в плите блока
отверстия, и траверс. Нарушение целостности гидроизоляции над
отверстиями ухудшает эксплуатационные качества пролетного строе-
ния. Лучше пропускать тяжи вне плиты (рис. 160, б). При этом
увеличивается расчетной пролет и сечение траверс.
Пролетные строения большой массы перевозят и устанавливают
на опоры при помощи плавучих опор (рис. 161), состоящих из плаш-
коутов 1, составленных из инвентарных металлических понтонов, и из
обстроцки 2, также из инвентарных конструкций, обычно УИКМ
(универсальных инвентарных конструкций мостов).
Сборные неразрезные предварительно напряженные балочные про-
летные строения с поперечным членением, применяемые в настоящее
время за рубежом и под железную дорогу, монтируют навесным спо-
собом (рис. 162, а), при .котором отпадает необходимость в устройст-
ве подмостей в среднем пролете. Монтаж ведут кранами, из которых
наиболее употребителен в СССР кран СПК-65, представляющий собой
консоль, опирающуюся на собранные блоки и прикрепленную к ним
Хвостовыми анкерами. В качестве анкерного может служить крайний
пролет, собираемый на сплошных подмостях 1.
Чтобы избежать сооружения сплошных подмостей, стоимость ко-
торых при большой высоте моста и трудных грунтовых условиях
может оказаться значительной, применяют уравновешенный монтаж
в обе стороны от промежуточной опоры (рис. 162, б). Базой служат
блоки, собранные на уширен-
__ . ной обстройкой 5 опоре. При
ЛгйГ таком способе увеличивается
гД И фронт монтажа и сокращает*
0 S ся его продолжительность.
H/M\N Сборку ведут одновременно в
ц- । обе стороны с опережением не
больше одного блока. Для
уменьшения давления на об*
стройку в пролетах соору-
жают временные опоры 4 и на-
весная сборка превращается
в полунавесную (рис. 162, а).
Для обеспечений4 устойчи-
- вости системы в процессе мон*
Рис. 161. Перевозка пролетного строения на
плавучих опорах:
1 — плашкоут; 2 — обстройка опоры
тажа служат промежуточные
опоры 4 или противовес 9 на
конце анкерного пролета.
210
Рис. 162 Навесная сборка неразрезного пролетного строения:
а —навесным способом с усилением опорного сечения монтажными пучками; б — навесным
уравновешенным способом с усилением вантами; в — полунавесным уравновешенным спосо-
бом, 1 — подмости; 2 — пучки усиления; 3 — монтажный кран; 4 — временная промежуточ-
ная опора; 5 — обстройка опоры; 6•—опорная рама, 7 — ванты, 8 — гидродомкрат; 5—-про-
тивовес
В процессе навесного монтажа неразрезного пролетного строения
в опорном сечении возникает отрицательный изгибающий момент.
Если его значение больше расчетного эксплуатационного — в пре-
делах приопбрного участка укладывают монтажные преднапрягае-
мые пучки 2, что требует устройства съемных упоров на поверхности
блоков.
Монтажный отрицательный момент может быть уменьшен путем
устройства промежуточных опор 4 либо постановки над опорой рамы
6 с оттяжками (вантами) 7, усилия в которых регулируются гидродом-
кратами 8. Такие решения будут целесообразными при затруднитель-
ности или высокой стоимости сооружения дополнительных промежу-
точных опор (требования судоходства, глубокая вода, скальный грунт
и др.).
Стык блоков, обычно коробчатого сечения, осуществляется на
клее, состоящем из эпоксидной смолы, отвердителя, заполнителя и
пластификатора. Клей сохраняет свою жизнеспособность несколько
часов, после чего происходит необратимый процесс полимеризации.
В течение этих часов клей наносят на торец блока тонким слоем, блок
устанавливают на место и прижимают натяжением части пучковой ар-
матуры до напряжения в шве 1,5—2,0 кгс/см2 (рис. 163). После оконча-
ния твердения всю арматуру натягивают до проектного усилия.
Для точной фиксации положения устанавливаемого блока торцы
имеют выступы-углубления 3 и закладные (устанавливаемые при бе-
2П
тонировании) фиксаторы 1. Выступы способствуют восприятию попе-
речной силы, действующей в стыке.
После окончания сборки пролетного строения и натяжения всех
пучков каналы промывают Струей водь! под напором и продувают
сжатым воздухом, после чего закрытые каналы инъектируют цемент-
ным раствором, а открытые заполняют бетоном с мелкими заполните-
лями. Цементный раствор для инъектирования составляется из порт-
ландцемента марки не ниже 500, мелкого песка с крупностью зерен
не более 1 мм и пластификатора-мылонафта или сульфатно-спирто-
вой барды, обеспечивающих подвижность раствора. Канал заполняют
под давлением насосом до тех пор, пока раствор не будет вытекать
из противоположного отверстия канала или из промежуточных тру?
бок.
Монтаж арочных пролетных строений с ездой поверху ведут на
кружалах или навесным способом. Инвентарные кружала сооружают
на отдельных опорах с перекрытием промежутков между ними дву-
тавровыми балками (рис. 164, а), под которыми ставят приборы для
раскружаливания (см. § 3 этой главы).
При большой высоте, большой глубине и скорости течения воды,
скалистом дне, необходимости сохранить судоходный пролет при-
меняют инвентарные арочные кружала (ИАК) (рис. 164, б), состоя-
щие из отдельных монтажных блоков и элементов (марок), соединяемых
болтами-шарнирами. Кружала имеют трехшарнирную схему с рас-
положением раскружаливающих устройств (песочниц, гидродомкра-
тов) в замке.
Кружалам придается строительный подъем, равный деформациям
кружал от веса арки и упругим деформациям арки от веса пролет-
ного строения и от половины временной нормативной нагрузки.
Блоки арки укладывают краном, тип и марку которого опреде-
ляют в зависимости от высоты моста, веса элементов. При небольшой
высоте и малом весе блоков при монтаже арочных пролетных строений
на средних мостах и на поймах больших рек могут быть использованы
башенные или портальные (козловые) краны. При большой высоте
моста и трудности сооружения подкрановых путей широкое применение
находят двухниточные кабельные краны грузоподъемностью 20 т.
Хотя монтаж такого крана зани-
мает много времени (около двух
и более месяцев) и плата за его
аренду большая, его применение
дает значительный производствен-
ный и экономический эффект, так
как полностью решает вопрос гори-
зонтального и вертикального пере-
мещения блоков и других материа-
лов и конструкций мостового во-
оружения.
Для равномерной загрузки кру-
жал и сохранения проектного очер-
тания арки блоки укладывают враз-
212
Рис. 163. Стык блоков неразрезного
пролетного строения с поперечным
членением
/ — фиксатор; 2 — напрягаемая арматура;
Рис. 165. Навесная сборка арочного, пролетного строения
а — схема монтажа; б — жесткий стык блоков; 1 — натяжное }
блоков, 3 — ванты; 4 — мачта; 5 « оттяжка
213
бежку, в порядке, указанном на рис. 164, б. Стыки блоков заполняют
жестким бетоном. Последними бетонируют стыки в замке и пятах
арок. Надсводное строение собирают после твердения бетона стыков
и раскружаливания арок.
Чтобы избежать сооружения кружал, применяют навесной способ
монтажа сборных арок (рис. 165), при котором по мере сборки арка
поддерживается вантами 3, прикрепленными к мачтам 4, установлен-
ным на опорах. Сборку ведут от опор к середине (к замку), после чего
проверяют очертание собранной арки и омоноличивают стыки блоков.
Для поддержания устанавливаемого краном блока на весу стыки
делают жесткими, способными воспринимать изгибающий момент и по-
перечную силу от веса блока.
Рис. 166. Сборка арочного пролетного строения с ездой понизу
214
Монтаж сборных арочных пролетных строений с ездой понизу
Производится одним из следующих способов:
в пролете на сплошных подмостях;
в пролете на отдельных промежуточных опорах (при наличии бал-
ки жесткости);
на насыпи подхода с продольной передвижкой в пролет (при на-
личии балки жесткости);
на подмостях на берегу с последующей перевозкой на плавучих
опорах в пролет (при четырех или пяти пролетных строениях с бал-
кой жесткости).
Сборка на сплошных подмостях или на насыпи подхода
(рис. 166, а) ведется в следующей последовательности. Вначале укла-
дывают и соединяют преднапряженными пучками блоки затяжки, за-
тем укладывают и соединяют между собой и с затяжкой блоки проез-
жей части. После этого устанавливают подвески и укладывают блоки
арки.
Монтажное соединение блоков арки и подвесок осуществляется
при помощи закладных деталей (стальных листов) и болтов (узел 7).
После окончания сборки всего пролетного строения стыки омоноли-
чивают бетоном, каналы инъектируют цементным раствором.
При сборке на отдельных опорах (рис. 166, б) блоки балки жест-
кости устанавливают последовательно на временные промежуточные
опоры консольным краном, так как масса их достигает 60 т. Блоки
устанавливают рядом по оси моста и по ним укладывают подкрановый
путь, по которому консольный кран перевозит и устанавливает сле-
дующие блоки балки жесткости. После установки последних блоков
в проектное положение консольный кран, отступая, раздвигает блоки
на проектную ширину пролетного строения. Блоки проезжей части
устанавливают стреловым краном (рис. 166, в). Сборку верхнего
яруса производит, отступая, тот же стреловой кран (рис. 166, а).
При перевозке на плавучих опорах пролетное строение собирают
на подмостях на берегу ниже моста по течению в описанной последо-
вательности и перевозят в пролет так же, как балочные пролетные
строения (см. рис. 161).
§ 3. Сооружение монолитных железобетонных пролетных строений
Балочные пролетные строения сооружают на подмостях или способом
навесного бетонирования.
При малых пролетах и небольшой высоте моста (до 5—6 м) сооружа-
ют сплошные подмости (рис. 167, а) из дерева или инвентарных сталь-
ных конструкций УИКМ. Основанием служат лежни при расположе-
нии пролетного строения на пойме или суходоле, или свайный фунда-
мент при наличии воды. При большой глубине для обеспечения жестко-
сти и восприятия горизонтальных усилий сваи раскрепляют тяжами.
Подмости представляют собой балочную систему, состоящую из опор-
ных поперечных рам 7 и прогонов 2. Рамы объединяют продольными
диагональными схватками.
216
Г1ри большой высоте моста, глубокой воде или неЬбходймОсти йМеТЬ
судоходный пролет целесообразно применить подмости с башенными
опорами и прогонами из двутавровых балок (рис. 167, б).
На прогоны устанавливают деревянную опалубку 1, обеспечиваю-
щую проектные контуры пролетного строения. При небольшом числе
однотипных пролетных строений (1—2) опалубку делают деревянной
стационарной, используемой только один раз. При числе пролетных
строений более 3—4 становится экономически целесообразно примене-
ние щитовой сборно-разборношмногократно оборачиваемой опалубки
(см. рис. 154, а).
Для придания пролетному 'строениющоднагрузкой'в~ процессе ’экс-
плуатации проектного профиля опалубке придается "строительный
А-А в-Я
Рис. 167. Подмости для бетонирования балочных пролетных строений:
а — сплошные; б — на отдельных опорах; I — опалубка пролетного строения; 2 — прого-
ны; 3 — свайный фундамент; 4 — тяжи; 5 — приборы для раскружаливания; 6— лежни;
7 —. деревянные рамы
216
подъем, ординаты которого равны деформации балки от полной по-
стоянной и половины нормативной временной нагрузки плюс деформа-
ция подмостей от веса бетонируемой конструкции.
Армирование пролетного строения из ненапрягаемого железобе-
тона производится заранее изготовленными каркасами (ребра и плиты),
что сильно сокращает продолжительность сооружения пролетного
строения. При наличии предварительно напрягаемой арматуры, обыч-
но пучковой из проволок d = 5 мм, к арматурному каркасу крепят
каналообразователи, остающиеся в бетоне (металлические из гибких
звеньев или пластмассовые), или извлекаемые (резиновые шланги, за-
полненные водой или стальные трубы), или изолированные пучки.
Укладка перед бетонированием пучковой арматуры, изолирован-
ной от сцепления с бетоном, полностью не исключает сопротивление
трения пучков при натяжении, благодаря чему сила обжатия бетона
становится неопределенной.
Укладку бетонной смеси пластичной консистенции (с осадкой ко-
нуса 7—10 см) ведут слоями от одного конца блока к другому: гори-
зонтальными — при длине балок до 15 м (рис. 168, а), наклонными —
при длинных и высоких балках или при ограниченной производитель-
ности бетоносмесительной установки. При всех условиях бетонную
смесь нужно укладывать с таким расчетом, чтобы зона вибрирования
не затрагивала начавший схватываться бетон. Выполнение этого тре-
бования обеспечивает монолитность и прочность конструкции.
Вначале бетонируют нижний пояс и большую часть стенки блока.
Укладку смеси ведут через последовательно зашиваемые «закладными
досками» отверстия в наружной опалубке с тщательным уплотнением
смеси глубинными вибраторами с гибким шлангом.
После укладки арматуры плиты и обработки поверхности ранее
уложенного в стенку бетона (удаления цементной пленки, промывки
водой и обдувания сжатым воздухом) бетонируют оставшуюся часть
стенки и плиту на полное сечение. Чтобы обеспечить нормаль-
ные условия схватывания и твердения бетона, поверхность плиты по-
крывают мещковиной или опилками, которые, как и боковую часть
опалубки, регулярно поливают водой.
После удаления каналообразователей и набора бетоном необхо-
димой прочности (обычно не ниже 80% марочной) производится натя-
жение пучков гидродомкратом одиночного или двойного действия
2|?
Рис. 169. Приборы для раскружаливания:
а — клинья; б — «кобылка»; в песочница
с фиксацией его анкерами соответствующей конструкции (см. рис. 126),
Торцы балок с выступающими анкерами заделывают бетоном и инъек-
тируют каналы цементным раствором.
В целях включения забетонированного пролётного строения в ра-
боту от собственного веса производится раскружаливание. Процесс
этот требует тщательной подготовки и точного проведения всех опера-
ций. Заключается он в последовательном опускании несущей кон-
струкции подмостей соответственно упругим деформациям пролетного
строения и подмостей.
Для раскружаливания балочных пролетных строений применяют
клинья, «кобылки» и песочницы (рис. 169). Клинья имеют уклон пло-
скостей не более 1/10, что обеспечивает их устойчивость на скольжение
(самоторможение). При раскружаливании клинья перемещают удара-
ми кувалды.
«Кобылки», применяемые при больших пролетах, обеспечивают
более плавное опускание балки, что особенно важно в начальной ста-
дии раскружаливания. Последовательным отпиливанием сокращается
площадь смятия, нарастают деформации, в результате чего конструкция
опускается. Ввиду небольшого полезного хода h «кобылки» часто сов-
мещают с клиньями, вступающими в работу на заключительных ста-
диях раскружаливания.
Песочницы применяют при больших сосредоточенных давлениях
в точках опирания несущих конструкций подмостей при башенных
опорах и пакетных деревянных или стальных двутавровых прогонах.
Выпуск сухого мелкого песка
из цилиндра в количестве, за-
ранее определенном для каждой
стадии раскружаливания, обес-
печивает равномерное опуска-
ние конструкции на необходи-
мую величину. При аналогичных
условиях могут быть примене-
ны гидравлические домкраты.
Укладка оклеенной гидро-
Рис. 170. Бетонирование неразрезного ба- ИЗОЛЯЦИИ (ИЗОЛ СО стекло-
лочного пролетного строения тканью) или обмазка тиоколом
участоТ*бетонированияЫКаЮи1И^ надопорНЬ,Й ПРОИЗВОДИТСЯ При СуХОЙ ПОГОДе'
Рис. 171. Навесное бетонирование неразрезного пролетного строения:
и положительной температуре, по подготовленному слою, который
рекомендуется бетонировать одновременно с плитой.
, При бетонировании неразрезных пролетных строений в забетони-
рованной балке вследствие деформации подмостей над опорой возни-
кает отрицательный момент, который еще неокрепший бетон не может
воспринять, поэтому неизбежно появление трещин в верхних фибрах
сечения балки. Чтобы избежать этого, укладку бетона в балку ведут
раздельно по пролетам. Надопорные участки бетонируют в последнюю
очередь (рис. 170) с соответствующей обработкой поверхности ранее
уложенного бетона.
При большой высоте моста и необходимости иметь большой судо-
ходный пролет после соответствующего технико-экономического обос-
нования может оказаться целесообразным применение метода навес-
ного бетонирования, при котором отпадает необходимость устройства
в пролете подмостей (рис. 171). Бетонную смесь укладывают в опа-
лубку, опирающуюся на подвешенные к специальному агрегату под-
мости. После распалубки забетонированной секции пролетного строе-
ния агрегат перемещают вдоль балки для бетонирования очередной
секции. Длина секции 2—4 м.
Для обеспечения устойчивости против опрокидывания бетонируе-
мой системы применяется противовес 1 на конце анкерного пролета
либо промежуточная опора.
Для восприятия опорного момента в процессе бетонирования укла-
дывается дополнительная монтажная арматура либо устанавливается
рама с вантами (см. рис. 162, б).
Арочные пролетные строения с ездой поверху бетонируют на кру-
жалах, опирающихся на промежуточные опоры (см. рис. 164, а).
При больших пролетах и большой высоте моста в отечественном мосто-
строении широкое применение нашли навесные (распорные) инвентар-
ные кружала ИАК (см. рис. 164, б).
s Бетонирование арок или сводов пролетом до 50 м ведут непре-
рывно от пят к замку с оставлением в пятах и замке швов, заполняемых
бетоном или цементным раствором в последнюю очередь. При пролете
более 50 м арки бетонируют секциями. Схема бетонирования анало-
гична схеме укладки блоков сборных арок (см. рис. 164, б). Бетониро-
вание надсводного строения ведут в стационарной деревянной опалуб-
ке, опирающейся на раскружаленные арки или свод.
219
ГЛАВА XIV
ОПОРНЫЕ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ
§ 1. Назначение опорных частей и их размещение
Опорные части передают сосредоточенные вертикальные опорные
давления А (рис. 172) от пролетных строений на опоры моста, а также
горизонтальные силы 7", возникающие от торможения, силы тяги,
ветровой нагрузки и других воздействий. Горизонтальные силы счи-
таются приложенными в центре опорных частей как вдоль пролета,
так и в поперечном направлении.
Опорные части служат также для обеспечения свободных дефор-
маций, возникающих от нагрузок или изменения температуры (пово-
рот опорного сечения, продольное смещение конца пролетного строе-
ния). Поэтому, чем больше величина пролета, тем более совершенной
должна быть конструкция опорных частей.
По характеру работы опорные части разделяются на неподвижные
и подвижные: неподвижными обеспечивается закрепление конца про-
летного строения, а подвижными — свободные перемещения в про-
дольном направлении.
Смещения и деформации пролетного строения возможны как в про-
дольном, так и в поперечном направлении: в таких случаях опорные
части должны обладать подвижностью в двух направлениях. В про-
летных строениях шириной до 15 м (главным образом в железнодорож-
ных мостах) поперечные деформации невелики и поэтому устройства
поперечной подвижности не требуется. В железнодорожных балочных
мостах в пределах одного пролета достаточно поставить на одном конце
две неподвижные, а на другом — две продольно-подвижные опорные
части. При этом необходимо обеспечить концы пролетных строений
от поперечных перемещений.
В многопролетных разрезных мостах на промежуточных опорах
обычно устанавливают разноименные опорные части. В отдельных
случаях для разгрузки более высоких опор от воздействия горизон-
тальных усилий на одной из опор можно расположить только подвиж-
ные опорные чарти.
В неразрезных пролетных строениях неподвижные опорные части
устанавливают на одной из промежуточных опор, желательно меньшей
высоты. Величина тормозной силы Тг в неразрезных конструкциях
собирается со всей длины пролетного строения. В случае малой высо-
ты устоя может оказаться целесообразным расположение на нем не-
подвижной опорной части. При этом следует иметь в виду увеличение
продольного перемещения свободного конца пролетного строения.
В консольных пролетных строениях опорные части размещают,
как показано на рис. 172, г. Такое решение диктуется необходи-
мо
Рис. 172. Размещение опорных частей пролетных строений
а — однопролетного моста; б — многопролетного моста; в — неразрезных; г — консольных,
1 — неподвижная опорная часть; 2 — подвижная'опорная часть
мостью обеспечения неподвижности концов консолей. При значитель-
ной длине консоли могут возникать отрицательные опорные реакции,
которые необходимо воспринимать анкерными устройствами в опор-
ных частях.
§ 2. Виды опорных частей
Для1 разрезных плитных пролетных строений длиной до 9 м вклю-
чительно допускается устройство плоских опорных частей (рие. 173)
из стальных листов толщиной не менее 20 мм. Верхний опорный лист
приваривают к металлической коробке пролетного строения. В сере-
дине верхнего листа вварен штырь диаметром 50 мм, фиксирующий по-
ложение листа относительно нижней конструкции опорной части,
которая состоит из нижнего опорного листа и среднего, приваренного
по контуру к нижнему листу. В среднем листе предусмотрено отвер-
стие для штыря: круглое диаметром 52 мм для неподвижной и оваль-
ное размером вдоль пролета 80 мм для подвижной опорной части. По
углам нижнего листа вваривают анкеры диаметром 20 мм для закреп-
ления опорной части к подферменной плите.
Между верхним и средним листами на месте‘установки пролетных
строений ставят упругие асбестовые прокладки для снижения трения
в опорных частях. Положение опорных частей выравнивают подлив-
кой цементным раствором.
Для разрезных балочных пролетных строений пролетом от 9 до
18 м, а также для неразрезных пролетных строений с температурным
пролетом до 18 м применяют стальные опорные части тангенциального
типа, состоящие из двух толстых стальных плит — балансиров.
Верхний балансир — плоский, а нижний — с цилиндрической по-
верхностью соприкасания. Между балансирами устанавливают штыри.
221
Опорные части могут быть сварными или литыми. По конструкции
сварные и литые балансиры аналогичны.
Для пролетных строений длиной более 18 м применяют стальные
подвижные опорные части каткового типа, например, простейшие одно-
катковые опорные части, состоящие из двух плоских подушек и ци-
линдрического катка между ними. Наличием катка одновременно обес-
печивается шарнирность и продольная подвижность.
При больших опорных давлениях применяют подвижные опорные
части с двумя катками (рис. 174, а). В этом случае поворот опорного
сечения обеспечивается конструкцией верхнего балансира, состояще-
го из двух плит, между которыми расположен вкладыш с цилиндриче-
ской поверхностью. Размеры катков принимают стандартными —
диаметром 120 и 200 мм.
Наряду с катковыми в качестве подвижных применяют секторные
опорные части (рис. 174, б). Горизонтальные перемещения в них
осуществляются за счет качения криволинейной поверхности
сектора; посредством шарнира обеспечивается поворот опорного се-
чения.
Для больших стальных пролетных строений (более 66 м) приме-
няют шарнирно-катковые подвижные опорные части (рис. 174, в), со-
стоящие из нижнего и'верхнего балансиров и катков, перемещающихся
по нижней опорной подушке. Неподвижная опорная часть отличается
отсутствием катков. Балансиры сопрягаются между собой посредством
шарнира со свободным или плотным касанием.
Сопряжение двух цилиндрических поверхностей одинакового ра-
диуса образует плотное касание. Применяются цилиндрические или
срезные катки.
В последнем случае размеры нижней плиты могут быть несколько
уменьшены. Элементы таких опорных частей выполняют из толстого
стального проката (до 150 мм) или стального литья. Для уменьшения
объема стали в отливках балансиры можно выполнять в виде тонко-
стенной ребристой конструкции.
Подвижные и неподвижные опорные части могут иметь различную
высоту, в таких случаях неподвижные опорные части, которые имеют
всегда меньшую высоту, устанавливают на железобетонные поста-
менты. Удобнее придавать опорным частям одинаковую высоту путем
Рис. 173. Опорные часта для малых пролетов
а ~ плоские; б — тангейциальнЫе; в — каткойые; 1 — опорный лист; 2 —- металлическая
коробка; 3 — штырь; 4 — средний и нижний опорйые листы; 5 — асбестовая прокладка;
6 — айкер; 7 —* верхний балансир; 8 — нижний балансир; 9 — плоские подушки, 10 — каток
222
Рис. 174 Опорные части для средних и больших пролетов-
искусственного увеличения высоты нижнего балансира неподвижных
опорных частей.
Для больших железобетонных пролетных строений подвижные
опорные части возможно выполнить в феде железобетонных валков,
по концам которых устраивают стальные подушки. Продольное пере-
мещение конца пролетного строения осуществляется за счет наклона
валка. Валок выполняют из бетона марок 400—450 и армируют сет-
ками из стержней периодического профиля диаметром 12—14 мм с ячей-
ками 10 X 10 или 12 X 12 см. Валки обычно устанавливают в колод-
цах опоры.
Валковые опорные части могут воспринимать давление до 500 тс.
Однако следует иметь в виду, что для такой конструкции намного
усложняются условия эксплуатации из-за наличия колодцев для
размещения высоких валков.
В настоящее время значительное распространение получили опор-
ные части из полимерных материалов. По способу обеспечения пере-
мещения опорных узлов пролетных строений они подразделяются на
деформируемые, скользящие и комбинированные.
Полимерные опорные части подразделяются по характеру работы
на всесторонне подвижные, допускающие линейные и угловые переме-
щения во всех направлениях; неподвижные, обеспечивающие только
угловые перемещения во всех направлениях; ограниченно подвижные,
223
которые допускают только линейные или только угловые перемещения
вдоль или поперек моста.
В деформируемых опорных частях угловые и линейные перемеще-
ния опорных узлов осуществляются путем изменения формы полимер-
ного материала — резины. К таким опорным частям относятся слоис-
тые резиновые конструкции в виде параллелепипеда, составленного
из нескольких слоев каучука и стальных листов (рис. 175). Толщина
металлических прокладок 0,8—2 мм, слоев каучука 5—25 мм.
Большей несущей способностью обладает опорная часть, состав-
ленная йз листов каучука толщиной 8—12 мм, оклеенных с двух сто-
рон тонкой листовой сталью толщиной 1 мм.
К этому же типу относятся стаканные опорные части в виде сталь-
йой обоймы, опорной плиты и резиновой "прокладки. Толщину рези-
ны принимают равной х/10 ее диаметра, но не менее 20 мм. Резиновая
прокладка со стороны опорной’ плиты должна иметь кольцевой паз,
в который укладывается латунная уплотнительная шайба. Зазор меж-
ду плитой и стаканом изолируется резиновой трубкой.
Скользящие опорные части состоят из стальных балансиров с кри-
волинейной поверхностью и антифрикционной прокладки, выполняе-
мой из фторопласта.
В состав комбинированной] конструкции включается резиновая
прокладка.
В железнодорожных мостах опорные части с полимерными мате-
риалами применяют по согласованию с Главным, управлением пути
МПС.
Скользящие и комбинированные опорные части рекомендуются
для опытного применения. Типоразмеры слоистых опорных частей при-
ведены в Технических указаниях по применению опорных частей из
полимерных материалов (ВСН 86—71).
§ 3. Конструкция опорных частей
В типовом проекте (Ленгипротрансмост) разработана конструкция
стандартных опорных частей железобетонных пролетных строений дли-
ной от 7,3 до 34,2 м для железнодорожных мостов.
В проекте отражены различные типы конструкций опорных частей.
Сварные плоские опорные части предназначены для плитных железо-
бетонных пролетных строений длиной 7,3 и 7,7 м. Сварные и литые
тангенциальные опорные части — для плитных и ребристых пролет-
ных строений от 9,3 до 16,5 м. Для ребристых пролетных строений
длиной от 18,7 до 34,2 м запроектированы секторные опорные части
в сварном и литом вариантах.
Пример конструкции тангенциальной литой опорной части для пролетов от
9,3 до 12,2 м приведен на рис. 176. В верхнем балансире подвижной опорной
части отверстия для штырей предусмотрены овальной формы размером вдоль
пролета 100 мм. Нижний балансир запроектирован с цилиндрической поверх-
ностью, образованной радиусом R = 600 мм.
Нижний балансир закрепляется к подферменной плите посредством анкеров
из круглой стали диаметром 25 мм. Верхний балансир соединяют с ребром про-
летного строения шпильками диаметром 24 мм. Между ребром и верхним балан-
сиром укладывают асбестовую прокладку. Окончательная установка опорных ча-
стей и подливка под них цементного раствора производится одновременно с уста-
новкой пролетных строений
Неподвижная опорная часть отличается формой отверстия в верхнем балан-
сире: оно делается круглым, диаметром 50 мм, соответствующим размеру штыря.
Форма и размеры сварных опорных частей принимаются такими же, как и для
литой конструкции. Балансиры опорных частей для пролетов до 16,5 м вклю-
чительно имеют одинаковые размеры вдоль и поперек моста. Увеличивается
только высота опорных частей до 220 мм по сравнению с литой конструкцией.
Конструкция секторных литых опорных частей для ребристого
пролетного строения Z = 18,7 м приведена на рис. 177.
б~5
Рис. 17$. Тангенциальные опорные части:
1 —• нижний балансир; 2 — верхний балансир; 3 — штырь, 4 — асбестовая прокладка; 5 — ан-
керный болт; 6 — шпилька
3 Зав. 1398 * 225
Опорные части состоят из следующих основных элементов: верх-
него балансира, шарнира, нижнего балансира в форме сектора, сталь-
ной плиты и зуба, посредством которого предотвращается возможное
смещение сектора.
Верхний балансир прикрепляют к окаймляющей коробке ребра
пролетного строения шпильками, нижняя плита крепится к подфер-
меннику анкерами диаметром 32 мм. Для предохранения опорных
частей от загрязнения служат футляры из листового железа толщиной
2 мм, к продольному футляру приварены ручки. Между ребром про-
летного строения и верхним балансиром укладывают асбестовую про-
кладку. Положение нижней плиты по высоте регулируется подливкой
цементного раствора.
В неподвижных опорных частях горизонтальная плита нижнего
балансира непосредственно прикрепляется к подферменнику. В ва-
рианте сварных опорных частей принята аналогичная конструкция
с теми же размерами.
Для пролетных строений 23,6 и 27,6 м размеры нижней опорной
плиты одинаковые, для пролета 34,2 м изменяется только размер вдоль
моста — 62 см. Высота опорных частей для пролетов 23,6 и 27,6 м —
50 см, а для пролета 34,2 м — 55 см. Для трех последних пролетов
опорные части запроектированы только в литом варианте.
Однокатковые опорные части применяют при опорном давлении
до 20Q тс (рис. 178). Опорная часть состоит из верхнего балансира,
нижней плиты и катка диаметром 200 мм между ними. Для предот-
вращения угона катка к его торцам приварены две планки с зубьями,
входящими в пазы верхнего балансира и нижней плиты. Смещению
катка и верхнего балансира в поперечном направлении относительно
нижней плиты препятствуют шпонки, прикрепленные к балансиру
Рис 177. Секторные опорные части:
226
и плите винтами. Верхний балансир прикрепляют к пролетному стро-
ению, а плиту к подферменнику анкерными болтами. От загрязнения
опорная часть защищена футляром.
Для больших пролетов (металлических и железобетонных мостов)
применяют шарнирно-катковые опорные части (рис. 179). Подвиж-
ная опорная часть с четырьмя срезными катками состоит из двух литых
балансиров: верхнего и нижнего, которые сопрягаются между собой
свободным касанием горизонтальной плоскости верхнего балансира
с цилиндрической головкой нижнего балансира.
Против сдвига в поперечном направлении между балансирами по-
ставлена поперечная шпонка. Сдвигу в продольном направлении
препятствуют закраины (упоры) верхнего балансира, которыми огра-
ничена горизонтальная плоскость. Между нижним балансиром и
Рис 179. Подвижная опорная часть со срезными катками
8*
227
йижней плитой в футляре расположены 4 катка диамеФрбм 3§0 мм
или из проката толщиной 150 мм со срезанными боковыми гранями.
На торцах катков приварены планки с зубьями, удерживающими катки
от угона. Нижняя плита крепится к подферменнику анкерными бол-
тами с шайбой. Против смещения катков и балансиров в поперечном
направлении относительно нижней плиты поставлены продольные
шпонки. Нижний балансир несколько уширен в поперечном направ-
лении, что позволяет увеличить длину касания с катками и уменьшить
их диаметр. Нижний балансир неподвижной опорной части непосред-
ственно крепится к подферменнику.
§ 4. Расчет опорных частей
Размеры элементов опорных частей определяют расчетами на проч-
ность. Конструкция должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспе-
чить равномерное распределение нагрузки по всей площади опирания
узла пролетного строения. Длина опорных частей вдоль моста с не
должна превышать удвоенной высоты от опорной площадки до линии
опирания верхнего балансира h (рис. 180).
Расчет отдельных элементов опорных частей носит несколько услов-
ный характер. Так, для определения размеров поперечного сечения ба-
лансиров последние рассматриваются как консоли, заделанные в пло-
скости, проходящей через центр опирания. Консоль верхнего баланси-
ра размером а/2 загружена равномерно распределенной нагрузкой
р = где 7Vpac4 — расчетное опорное давление.
Консоль нижнего балансира (6/2) загружается сосредоточенными
грузами pk. Величина pk определяется из условия равномерного рас-
пределения опорного давления Л/раоч. Размещение сосредоточенных
сил pk на консоли должно соответствовать крайнему положению кат-
ков с учетом их возможного смещения в продольном направлении.
По изгибающему моменту М проверяется прочность сечения балан-
сиров:
W
где W — момент сопротивления расчетного сечения балансира;
— расчетное сопротивление на изгиб стали балансира.
Размер в плане верхнего балансира определяется проверкой на
смятие металла (для металлических пролетных строений) или расчет-
ным сопротивлением бетона на местное сжатие (для железобетонных
пролетных строений). Размер в поперечном направлении должен быть
увязан с шириной нижнего пояса или ребра пролетного строения. Для
металлических пролетных строений длина а (рис. 180, б) должна
быть достаточной, чтобы обеспечить передачу опорного давления через
торцы фасонок опорного узла по условию смятия металла. Расчетное
сопротивление на смятие торцов принимается равным 1,5/?0, где —
основное расчетное сопротивление стали пролетного строения.
228
Длина нижнего балансира определяет-
ся числом катков, их диаметром, расстоя-
нием между ними, а также положением
крайнего катка с учетом его смещения.
Число катков рекомендуется принимать
не более четырех. Расстояние в свету
между круглыми катками 25 мм, между
срезными катками — 50 мм.
Опирание верхнего балансира на ци-
линдрическую головку нижнего балансира
проверяется по величине диаметрального
сжатия при свободном касании:
a=JVpao4 <О)О4До,
2rl
где г — радиус цилиндрической поверх-
ности головки нижнего балансира;
I — размер балансира в поперечном
направлении;
7?0 — основное расчетное сопротивление
материала балансира.
Напряжения по линии касания цилинд-
рической поверхности с плоскостью могут
быть определены также по формуле Герца:
а = 0,423'pZ
где q — давление на погонную единицу ли-
нии касания цилиндра;
г — радиус цилиндра;
Е — модуль упругости стали.
Эти местные напряжения смятия срав-
нивают с условными расчетными сопротив-
лениями, которые имеют величину при-
близительно 7000 кгс/см2.
Диаметр катка определяют расчетом
по диаметральной плоскости:
Pk
dklk
<O,O4 7?o.
Для срезных катков под площадью диаметрального сечения пони-
мают произведение диаметра окружности катка на его длину.
Площадь нижней подушки определяется величиной опорного дав-
ления Л/расч и сопротивлением кладки опоры на местное сжатие (смя-
тие) /?см (обычно для марки 300).
Размер с должен быть достаточен для размещения катков и ан-
керных болтов.
229
Толщину нижней опорной подушки проверяют условным расчетом,
как балку, для которой катки являются опорами, а нагрузкой — ре-
акция подферменной плиты, и принимают не менее 50—70 мм.
Расчет неподвижных опорных частей выполняется аналогично.
По такому же принципу могут быть рассчитаны нижняя и верхняя
подушки тангенциальных опорных частей. Подушки рассматривают
как консоли с заделкой в плоскости, проходящей через центр опира-
ния, и загруженные равномерно распределенной нагрузкой.
При расчете опорных частей мостов больших пролетов необходимо
определить продольное перемещение свободного конца пролетного
строения от изменения температуры и загружения временной верти-
кальной нагрузкой.
Для стальных ферм с параллельными поясами перемещение опре-
деляется по формуле
д = —М1.+иИ_... + atl,
где k — эквивалентная нагрузка для линии влияния с вершиной
в середине пролета;
I — расчетный пролет;
g — постоянная нагрузка;
пв и пп — коэффициенты перегрузки;
1 + И — динамический коэффициент;
7?0 — расчетное сопротивление;
ф — отношение площади нетто к площади брутто для пояса
(для клепаных ориентировочно 0,85);
а — коэффициент линейного расширения;
t — расчетная разность температур (обычно — 80° С).
Величиной перемещения Д определяется ширина срезных катков. Катки
Д
имеют вдвое меньшее перемещение Д& = . Если точка балансира переместит-
Д
ся на величину Д в точку b (рис. 180, е), то центр катка имеет перемещение -%.
Д
Полная ширина катка должна быть не менее 27? sin ~
В слоистых резино-металлических опорных частях проверяют
сжимающие напряжения в резине по формуле
где А/расч;— расчетная опорная реакция;
F — площадь резиновой опорной части в плане;
^сж — среднее расчетное сопротивление резины;
тсж — коэффициент условий работы.
Для слоев каучука с металлическими прокладками 7?сж=Ю0 кгс/см2,
а для резиновых прокладок в обойме /?сж = 250 кгс/см2.
230
Коэффициентом условий работы тсж == 0,65—0,85 учитывается
размер опорных частей в зависимости от отношения толщины резиновой
прослойки к их наименьшему размеру в плане.
Далее определяется полная толщина резины Лр из условия ее ра-
боты на сдвиг:
hP=~>
tg?
где — максимальное перемещение конца пролетного строения
от температуры;
tg Т — допускаемая величина тангенса угла сдвига резины.
Необходимо также определить угол сдвига ут от кратковремен-
ного действия горизонтальных усилий Т (торможение):
tgTT=—>
где GT — модуль сдвига резины.
Тангенс суммы углов (у + ут) не должен превышать 0,6.
ОПОРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ
§ 1. Общие сведения
Опоры служат для передачи нагрузки от пролетных строений на грунт
основания. Кроме того, они подвержены воздействию ряда других
нагрузок, которые необходимо учитывать.
От прочности опор во многом зависит прочность и долговечность
моста в целом. Стоимость опор железнодорожных мостов (с фундамен-
тами) может превышать 50% общей стоимости моста. Постройка опор
в большинстве случаев трудоемка и занимает много времени. Поэтому
конструкция опор должна быть экономичной и отвечающей требованиям
индустриальных методов строительства моста.
Различают промежуточные опоры (быки) и концевые (устои). При
проектировании промежуточных опор, которые обычно располагают
в руслах и поймах рек, необходимо учитывать водный и ледовый ре-
жимы реки, от которых зависит выбор формы подводной части опор.
Промежуточная опора должна противостоять давлению ледяных
полей и ударам отдельных льдин во время ледохода.
Устои, помимо прямого назначения—воспринятая нагрузки от про-
летного строения,— используются как подпорные стенки для насыпи
земляного полотна. При проектировании концевых опор необходимо
обеспечить плавный переход (мягкий въезд) от малой жесткости зем-
ляного полотна и более жесткой конструкции моста, исключив воз-
можность просадок пути непосредственно перед устоем.
Конструкция опор может быть массивной и облегченной. Для же-
лезнодорожных мостов в большинстве случаев применяют массивные
конструкции. В путепроводах довольно широко распространены опоры
облегченного типа, выполняемые из железобетона.
По способу возведения различают монолитные, сборно-монолит-
ные и сборные конструкции опор.
Массивные монолитные опоры железобетонных и металлических
мостов сооружают преимущественно из бутобетонной и бетонной клад-
ки. Их размеры часто назначают по конструктивным соображениям,
поэтому обычно не полностью используются возможности кладки при
работе на сжатие. Однако, учитывая условия работы опор и требования
долговечности, марку> бетона принимают довольно высокой. Для бе-
тонных опор мостов без специальной облицовки на реках с ледоходом
рекомендуется применять для наружного слоя кладки морозостойкий
бетон марки не ниже 300 при мощном ледоходе и не ниже 200— при
слабом ледоходе. Для заполнения оболочек и других пустотелых кон-
струкций можно применять бетон марки 200.
Марка бетона опор по морозостойкости должна быть не менее 100, а
для Северной строительно-климатической зоны не ниже 2Q0.
232
Элементы сборных конструкций и оголовки опор следует выпол-
нять из бетона марки не менее 300. Количество бута (прочностью не
ниже полуторной марки бетона) допускается принимать до 20% полного
объема.
В современных условиях поверхности опор больших мостов обли-
цовывают камнем только на реках с тяжелым ледоходом (крупные реки
типа Северной Двины, Лены, Енисея и реки, вскрывающиеся при от-
рицательных температурах и при толщине льда более 0,5 м). В этих
случаях облицовка выполняется из природного морозостойкого камня
прочностью не ниже 600 кгс/см2, а при мощном ледоходе или наличии
истирающих наносов — не ниже 1000 кгс/см2. Допускается примене-
ние облицбвки из искусственных камней — литого камня и бетонных
блоков марки по прочности не ниже 400 и по морозостойкости не
ниже Мрз 300.
« Применение навесной облицовки допускается только по архитек-
турным требованиям.
§ 2. Промежуточные опоры (быки)
Промежуточные опоры балочных мостов (рис. 181) состоят, как пра-
вило, из трех основных частей: фундамента, тела опоры и оголовка,
в состав которого входит подферменная плита и армированная пло-
щадка для установки опорных частей (подферменник). Для некоторых
конструкций фундамент и тело опоры конструктивно не разделяются,
продолжение тела опоры (оболочка, свая) одновременно служит
фундаментом.
Высотой опоры Н называется расстояние от верха опоры до обреза
фундамента; размер опоры по 'фасаду определяет ее ширину, а
размер поперек моста — длину опоры. Подферменная площадка долж-
на возвышаться над. расчетным горизонтом высоких вод не менее 0,25 м,
а над наивысшим ледоходом — 0,5 м. Обрез фундамента обычно назна-
чают на 0,5 м ниже горизонта меженных вод, кроме того, нужно вы-
держать размер 0,25 м ниже нижней поверхности льда. На поймах рек,
в путепроводах обрез фундамента располагают на уровне поверхности
земли с учетом срезки.
Для мостов на реках с тяжелым ледовым режимом характерно при-
менение массивных конструкций. Ширина таких опор поверху колеб-
лется в пределах 1,5—3,5 м. В уровне обреза размер по фасаду полу-
чается за счет уклона боковых граней 30 : 1; 40 :1, в конечном счете,
размер по обрезу фундамента определяется расчетом на прочность и
трещиностойкость.
В прежних проектировках с верховой стороны таких опор распо-
лагали ледорезы с уклоном режущего ребра 1:14-2:1. Устройство
ледорезов значительно увеличивает объем опоры в целом и не оп-
равдывается опытом эксплуатации. Поэтому в настоящее время ре-
жущее ребро проектируют с уклоном 10 : 1 4- 8 : 1, а в сборных кон-
струкциях оно может быть вертикальным, такое устройство назы-
вается водорезом.
233
Рис. 181. Промежуточные опоры балочных мостов-
а — опора с ледорезом, б — опора с водорезом, в — опора с облегченной верхней конструк-
цией; г — столбчатая опора; д, е — сборные опоры из пустотелых блоков, ж ~ опора Свайно-
эстакадного моста; з — одностолбчатая опора; 1 — фундамент; 2 — тело опоры; 3 — подфер-
менная плита; 4 — опорная площадка; 5-—ледорез, 6 — водорез; 7 — ригель
234
С целью уменьшения объема кладки опоры выше горизонта высо-
ких вод может быть принята столбчатая конструкция. Столбы выпол-
няются прямоугольной или круглой формы, такая надстройка выгодна
для широких пролетных строений (езда понизу) и при высоте столбов
не менее 2 3 м.
В настощее время все чаще применяют конструкции сборных опор.
Примером такой индустриальной конструкции может служить столб-
чатая опора, составленная из центрифугированных оболочек разных
диаметров. Масса звена таких оболочек достигает 25 т. Такие опо-
ры имеют телескопическую форму (состоят из оболочек разных
размеров: d= 1,6 —2,4—3,0 м). В пределах горизонтов паводко-
вых вод оболочки заполняют бетоном или гидрофобным песком и объе-
диняют сплошной стенкой. Оголовком опоры служит железобетонный
ригель.
Сборная конструкция из пустотелых блоков разработана в типо-
вых проектах и, безусловно, будет иметь широкое распространение
в строительстве мостов. Пустоты, образованные контурными блоками,
целесообразно заполнять специальными бетонными блоками из низ-
ких марок бетона. Для широких пролетных строений рационально
применение облегченной конструкции верха опоры, выполняемой также
из контурных блоков.
На небольших реках с толщиной льда до 0,3 м и суходолах приме-
няют свайно-эстакадные мосты с небольшими пролетами. Опора таких
мостов состоит из железобетонных свай с уложенными на них насадка-
ми. По фасаду такие опоры могут быть однорядными и двухрядными,
для железнодорожных мостов обычно используется двухрядное распо-
ложение. Сваи забивают в грунт на глубину не менее 4 м от линии раз-
мыва. Высота таких опор определяется длиной свайки не превышает
5—6-м. Разновидностью опор являются стоечные опоры, в которых
в надземной части сваи заменены стойками, заделанными в фундамент.
Опоры мостов свайно-эстакадного типа могут быть широко исполь-
зованы для северо-восточных районов нашей страны. На железнодорож-
ных трассах, проходящих по заболоченным участкам, такими систе-
мами мостов с успехом можно заменять земляное полотно.
Для автодорожных мостов характерно примененце одностолбчатых
опор, в наименьшей степени стесняющих проезд под путепроводом или
русло реки. Оголовком опоры служит мощный железобетонный ригель,
на который опираются балки пролетного строения. Такие опоры могут
быть использованы и для железнодорожных мостов. Железобетонные
конструкции опор весьма перспективны и их внедрение может дать
значительную экономию материалов и трудозатрат.
Опоры рамных и рамно-консольных мостов жестко связаны с ри-
гелем пролетного строения и поэтому при несимметричном загружении
в них возникают значительные изгибающие моменты. Такие опоры
выполняют обычно в виде железобетонных стоек, часто применяя пред-
варительно напряженную арматуру.
Промежуточные опоры арочных распорных пролетных строений
имеют некоторые особенности. В конструкции таких опор отсутствует
подферменная плита, опоры должны обладать значительной жест-
235
Рйс. 182. Промежуточные опоры арочных мостов:
а — массивна#, б — с облегченной надстройкой; в — с выносной пятой
костью, так как смещение опор может неблагоприятно отражаться на
работе пролетных строений. Размеры опоры должны быть достаточны
для того, чтобы воспринимать односторонний распор от загружения
временной нагрузкой. Поэтому опоры, как правило, делаются массив-
ными с достаточно большой шириной в уровне пят, которая может
колебаться в широких границах — от 1/8 до 1/20 пролета.
При пологих арках конструкцию опоры желательно выполнять на
всю высоту массивной (рис. 182). В этом случае, а также для опор с не-
уравновешенным распором большой вес массива способствует более
благоприятному распределению напряжений в теле опоры и по подош-
ве фундамента. В случае подъемистых арок верхняя массивная
часть опоры может быть выполнена в виде облегченной надстройки. До-
вольно часто применяют опоры с выносными пятами. За счет такого
решения сокращается расчетный пролет арок, кроме того, можно зна-
чительно уменьшить величину изгибающего момента в опоре от несим-
метричного загружения пролетов.
Конструкция и размеры оголовка промежуточной опоры балочного
моста определяются расположением и размером нижних подушек
опорных частей (рис. 183).
Размеры подферменника (тумбы) назначают на 15 4- 20 см больше
размеров подушек. Расстояние по фасаду .от грани тумбы до граней
подферменной плиты (с) зависит от величины пролета. Оно должно
быть не менее* 15 см при пролетах от 15 до 30 м/не менее 25 см—при
пролетах от 30 до 100 м и 35 см—для пролетов свыше 100 м. Эти запасы
для бетонной кладки установлены во избежание скола бетона, а также
учитывают возможные небольшие неточности при сооружении опоры.
Расстояние е (см. рис. 183) между торцами пролетных строений при-
нимается для железобетонных пролетных строений 5 см, а для сталь-
ных — 10 4-15 см.
Таким образом, с учетом указанных требований размер тела быка
по фасаду А при равных пролетах будет
Д = Ln~/р+е+у + -^- + (30-7-40)4-2 (с-10). (XV.1)
236
Аналогично получают размер А при различных по величине про-
летах. Разность строительных высот в этом случае может быть компен-
сирована за счет высоты тумб. Размер подферменной плиты устанав-
ливают с учетом карнизов. Устройство карнизов со свесами не менее
10 см устраняет потеки воды на поверхности тела опоры, для этой же
цели на нижней поверхности делают специальную канавку-слезник
или придают нижней поверхности свеса уклон в сторону от опоры
1 : 10. По всей поверхности, за исключением тумб, устраивают уклоны
(сливы) от середины к краям плиты не менее 1 : 10.
Наименьший размер опоры (см. рис. 183) поперек моста при за-
круглениях по радиусу будет
В = Е + b + (30 4- 40) + A, (XV.2)
где Е — расстояние между осями ферм или балок;
b — размер нижних подушек опорных частей поперек моста.
Характерные очертания опор в плане показаны на рис. 184.
Прямоугольное очертание опоры (рис. 184,'а) в плане применяют
в опорах виадуков, эстакад и путепроводов, а также в речных опорах
выше горизонта высоких вод. В этом случае размер опоры поперек мо-
ста зависит от конструкции опорных частей. Расстояние от грани тум-
бы до грани тела опоры при плоских и тангенциальных опорных частях
должно быть не менее 30 см, а при катковых опорных частях — 50 см,
тогда
В = Е + b + (30 4- 40) + (60 4- 100). (XV.3)
Очертание опоры ниже горизонта высоких вод не должно вызывать
завихрений в водном потоке. Этому требованию соответствует очертание
по окружности с двух сторон или треугольнику с притупленными
углами, возможно сочетание того и другого очертания.
Углы треугольника притупляют вписанными окружностями с ра-
диусом г не менее 30 см. Размеры заострения i и зависят от угла, ко-
торый можно принимать от 45 до 120°:
А . . 1—sin а
1 = — ctga и h = r---;----.
2 sin а
Круглое очертание опор в плане соответствует телескопическим
и столбчатым опорам, выполняемым из железобетонных оболочек.
Оголовками массивных опор служат подферменные плиты, распре-
деляющие давление от пролетных строений на нижележащую кладку
опоры. Плиту делают из бетона марки не ниже 300 и армируют сет-
ками из стержней диаметром 12—14 мм.
На рис 185 приведен пример армирования подферменной плиты под пролет-
ное строение с ездой понизу размером 55,0 м. Подферменник (тумба) также арми-
руется сетками; их ставят по высоте через 8 — 10 см. Верх подферменника (тум-
бы) должен возвышаться над сливами не менее чем на L5 см
На рис. 186, а приведен пример сборно-монолитной опоры из двутавровых
блоков. Типовой проект таких опор высотой до 20 м разработан Гипротрансмо-
стом под пролетные строения 33 — 66 м с ездой понизу. Верхняя часть опоры
237
имеет прямоугольную форму, нижняя — обтекаемую закругленную форму Бло-
ки укладывают с перевязкой швов, пространство, ограниченное контурами бло-
ков, заполняют монолитным бетоном. Между верхней и/йижней частями опоры
предусмотрен прокладной ряд толщиной 50 см из монолитного бетона, армирован-
ный двумя сетками из стержней диаметром 12 мм. Этим обеспечивается рав-
номерное распределение напряжений в теле опоры. Размеры блоков могут быть
изменены в зависимости от грузоподъемности кранового оборудования.
Пример облегченной опоры высотой от обреза фундамента до 16,0 м по про-
екту Ленгипротрансмоста под пролетные строения 44 — 66 м представлен на
рис. 186, б. Армированные контурные блоки прямоугольной формы выполняют
из бетона марки 300, блоки заостренной части—из бетона марки 400. Блоки
заполнения изготовляют из бетона марки 150. Подферменная плита и проклад-
ной ряд состоят из сборных блоков с монтажными стыками.
Рис. 183. Основные размеры оголовка
промежуточной опорьг
Рис 184. Поперечные сечения про-
межуточных опор.
а — прямоугольное; б — закругленное,
в, г — заостренное, д, е — круглое
238
Для пролетных строений с ездой поверху размерами 16,5—34,2 м
запроектирована (Ленгипротрансмост) сборно-монолитная опора
(рис. 187) из железобетонных контурных блоков с заполнением моно-
литным бетоном. В зависимости от высоты опора может быть одно-,
двух-, трехъярусной. Высота блоков 70 см, масса—до 3 т. Подфермен-
ная плита и прокладник — железобетонные, составляются из двух
блоков массой до 7 т каждый.
Примером полносборной конструкции являются опоры малых мостов свай-
но-эстакадного типа. Оголовок такой опоры (рис. 188) состоит из двух плит.
Нижняя плита имеет сквозные отверстия размером 40 X 40 см и служит направ-
Рис. 186 Сборные опоры под пролетные строения с ездой понизу:
239
Рис 187. Сборная опора под пролетное строение с ездой поверху:
а — фасад, б — боковой вид
240
Рис 189 Схемы опор с предварительно напряженной арматурой
ляющей при погружении свай. После их забивки, приведения уровня нижней
плиты в проектное положение и срезки излишней длины свай устанавливается
верхняя подферменная плита с гнездами стаканного типа. В процессе монтажа
нижнюю плиту закрепляют временно металлическими клиньями, установленными
в зазорах. Плиты омоноличивают с головами свай гипсо-глиноземистым цемент-
ным раствором, нагнетаемым через отверстия верхней плиты.
В последние годы находят применение сборные пустотелые опоры
с применением предварительно напряженной арматуры при сооруже-
нии мостов на суходолах, а также в речных опорах выше уровня высо-
ких вод. К преимуществам таких опор относятся максимальное ис-
пользование прочностных свойств бетона, значительное снижение
объема кладки, а также сокращение «мокрых» работ на строительной
площадке.
Первая пустотелая предварительно напряженная железобетонная опора
была сооружена в 1958 г. для железнодорожного моста через р. Губерлю
(рис. 189, а). Опора высотой около 11,0 м собрана из прямоугольных блоков
высотою 1,0 м, толщиной стенок 13 см. Для пучковой арматуры предусмотрены
закрытые каналы, которые после натяжения арматуры заполнили цементным
раствором.
Для опор моста через р. Береш были применены .блоки с открытыми кана-
лами с внутренней стороны опоры. Наибольшая высота пустотелой части опор
составляла 17,4 м.
Высота блока равна 1,0 м, толщина стенок 15 см. В обеих конструкциях
сечение блоков опор оказалось сильно ослабленным каналами и привело к по-
явлению трещин вдоль арматурных каналов. ‘
При сооружении мостов через Дон и Северный Донец напрягаемую арма-
туру разместили в непосредственной близости к стенкам блоков. После натя-
жения арматуры и устройства защитного слоя полости опоры были заполнены
бетонными блоками.
241
Рис 190 Опора моста «Европа» (Австрия)
Приведенные схемы сбор-
ных конструкций имеют го-
ризонтальное членение, при-
водящее к большому числу
швов. Наличие швов вызывает
значительную неравномер-
ность распределения напря-
жений и может служить при-
чиной возникновения трещин.
Устранение отмеченного не-
достатка возможно при пере-
ходе к вертикальному члене-
нию.
Примером такой конструк-
ции служат опоры моста через
Днепр. Стойки образуются из
двух блоков швеллерного типа
длиной 17,6 м, что соответствует
вертикальному размеру стоек.
Сборные элементы объединены мо-
нолитными вставками шириной
1,2 м. Блоки изготовлены по
стендовой технологии и отличают-
ся высоким качеством. Однако
блоки с вертикальным членением
имеют чрезмерно большую массу
и могут быть применены при на-
личии соответствующего крано-
вого оборудования.
При очень большой высоте
сборные тонкостенные конструк-
ции трудно осуществить, так как
нельзя использовать обычные
монтажные, краны В этом случае
удобно использовать для бетонирования опоры передвижную металлическую
опалубку. Примером такой конструкции является опора самого высокого
в Европе виадука, построенного на автомагистрали Инсбрук — Бреннер, так
называемого моста «Европа». При пролетах моста до 200 м, перекрытых сталь-
ным балочным пролетным строением с ездой поверху, высота опор дости-
гает 180 м (рис. 190). Поперечное сечение опоры принято в виде прямоугольной
железобетонной коробки, разделенной на три секции.
Размеры коробки и толщина стенок переменные, размеры в скобках отно-
сятся к нижнеи части опоры Для обеспечения устойчивости стенок чёрез каждые
20 м устроены несплошные диафрагмы рамного типа. Внизу опора заделана в мощ-
ный армированный бетонный пустотелый фундамент.
§ 3. Концевые опоры (устои)
Высота балластного слоя верхнего строения пути на подходах к мостам
принимается на линиях I и II категорий 90 см, на линиях III кате-
гории — 75 см.
Насыпь подхода у моста заканчивается конусом (откос в сторону
крайнего пролета). Для обеспечения устойчивости откосы конусов
242
должны иметь уклоны: на высоту до 6 м ниже бровки насыпи — не
круче 1 : 1,25 и на высоту следующих 6 м —не круче 1 ; 1,5. Крутизна
откосов конусов высотой свыше 12 м определяется расчетом, но долж-
на быть не менее 1 : 1,75. В пределах подтопления уклоны назначают
не менее 1 : 1,5. Для путепроводов при высоте насыпи до 8,5 м раз-
решается применять конусы с уклоном 1 : 1,25. Поверхность конусов
защищают от размыва каменным мощением или бетонными плитами
размером 50 X 50 см. Для обеспечения надежного сопряжения с на-
сыпью задняя грань устоя должна заходить в вершину конуса насыпи
при высоте насыпи до 6 м на 75 см, а при большей высоте — на 1,0 м.
Ширина устоя поверху определяется габаритом мостового полотна,
например, для однопутных железнодорожных мостов принималась
4,9 м, считая в свету между поручнями перил.
В настоящее время этот размер несколько увеличился из-за уши-
рения балластной призмы на пролетных строениях и составляет 5,32 м.
Для балочных пролетных строений в старых мостах часто применяли
устой с обратными стенками (рис. 191, а). Он имеет фундамент, обрат-
ную стенку, шкафную стенку, подферменную плиту, переднюю стенку
и дренажное устройство, обеспечивающее отвод воды из пространства
между обратными стенками. За счет устройства обратных стенок зна-
чительно сокращается объем кладки устоев. Однако при эксплуатации
устоев этого типа было обнаружено большое количество трещин в об-
ратных стенках вследствие распирающего действия горизонтального
давления от засыпки грунта между ними.
В настоящее время применяют массивные устои других типов.
К таким конструкциям относится узкий устой с консолями. Ширина
устоя в этом случае определяется размером подферменной площадки.
Размер верхней части устоя обеспечивается за счет устройства железо-
бетонных консолей. Тело устоя представляет собой бетонный массив
прямоугольной формы в плане. В верхней части массива в продольном
направлении устраивается скос — «мягкий въезд», за счет которого
обеспечивается постепенное изменение высоты балластного слоя.
В устоях с узкой хвостовой частьк) у задней грани устраивают
железобетонный щит, обеспечивающий устойчивость балластной
призмы.
Объем кладки устоя может быть уменьшен за счет разной ширины
передней части по сравнению С остальной частью тела устоя. Полу-
чается устой тавровой формы. Такой устой особенно выгоден, если
на него опирается широкое пролетное строение (например, с ездой
понизу). Однако размер железобетонных консолей для устройства мо-
стового полотна значительно увеличивается.
В рассмотренных типах устоев основание конуса не выходит за
пределы передней грани, такие устои называются необсыпными. Их
применение целесообразно для небольших сооружений при высоте
насыпи до 5 — 6 м.
Для больших и средних мостов и высот насыпи более 5—6 м наи-
большее распространение имеет обсыпной устой, в котором конус
заходит в крайний пролет моста. Обсыпной устой состоит из фундамен-
243
та, тела устоя, шкафной стенки, подферменной плиты и железобетон-
ных крыльев для сопряжения устоя с земляным полотном.
Размер тела устоя по фасаду определяется расчетом на прочность
и устойчивость, при этом следует стремиться к тому, чтобы эксцентри-
ситет нормальной силы относительно центра тяжести сечения по обре-
зу был минимальным.
Необходимо также учитывать конструктивные требования: же-
лезобетонные крылья должны входить в вершину конуса насыпи на
1,0 м; пересечение откоса конуса с передней гранью должно быть выше
горизонта высоких вод на 0,5 м, для того чтобы в месте сопряжения не
происходило размыва конуса. Во избежание загрязнения подфермен-
Рис. 191. Концевые опоры мостов
ной площадки грунтом конуса
откос сл*едует располагать на
0,6 м ниже подферменной
плиты.
Значительное уменьшение
объема кладки достигается в
облегченных сборных обсып-
ных устоях козлового типа из
вертикальных и наклонных
стоек. Оголовок устоя состоит
из ростверка, выполненного
из монолитного армированно-
го бетона и из бетонных бло-
ков. Вместо сборной кладки
блокбв можно применить мо-
нолитный бетон, в качестве
стоек использовать железобе-
тонные оболочки d = 60 см,
а для высоты насыпи до
8,0 м — стойки с прямоуголь-
ным сечением 35 х 35 см.
Вместо стоечной конструкции
применяют аналогичные свай-
ные устои.
Рис 192. Армирование крыльев обсыпного
устоя
Примером полносборной кон-
струкции для пролетов 5 — 7 м и
высот насыпи 2 — 4 м может слу-
жить устой свайно-эстакадного
моста. Устой выполнен из свай размером 35 X 35 (30 X 30) см и сборного ого-
ловка. Блочный устой, составленный из небольших бетонных блоков массой
3—5 т, не имеет преимуществ по объему кладки, лишь упрощается производст-
во работ. В отдельных случаях такой устой может быть применен для небольших
высот насыпи (2 — 3 м).
Имеются примеры устоев из одной железобетонной оболочки диа-
метром 3,0 м. Такую конструкцию целесообразно применять, когда для
промежуточных опор используются такие же оболочки, в этом случае
все опоры строят по единой технологии.
Устои арочных мостов в нижней части обычно делают массивными.
Размер такого массива по фасаду получает большое развитие и зависит
от величины распора.
Сопряжение с насыпью подходов может* быть выполнено по-
средством обратных стенок или в виде железобетонной рамной над-
стройки.
Размеры подферменной плиты устоя назначают аналогично проме-
жуточным опорам с учетом того, что на устой опирается одно пролет-
ное строение. Подферменную плиту следует делать симметричной от-
носительно оси опирания пролетного строения, частично заводя ее
в тело устоя. На рис. 192 показана конструкция оголовка обсыпного
устоя. Для сопряжения опоры с насыпью устраивают откосные
245
крылья, представляющие собой консоли, заделанные в шкафную и
переднюю стенки устоя. Низ крыльев обычно располагают ниже
откоса конуса на 1,0 4- 1,5 м, уклон нижней грани крыльев делают
параллельным откосу конуса.
Вследствие заклинивания грунта насыпи между крыльями воз-
можно возникновение трещин в местах примыкания крыльев к телу
устоя. Поэтому не следует проектировать большую длину крыльев,
а также ставить распорки между ними. Крылья рекомендуется ар-
мировать сетками из стержней диаметром 12 — 14 мм. Верх шкафной
стенки для обеспечения «мягкого въезда» скашивают под углом 45°.
Рис 193 Конструкции сборных устоев:
246
Длина обсыпного устой поверху, с учетом конструктивных требо-
ваний, может быть определена (в м) по формуле
/у = 1,5 (йстр - 0,9) + 2,08,
где Лстр — строительная высота до уровня подферменной плиты.
Примеры некоторых сборных конструкций устоев, предназначенных под
один железнодорожный путь, приведены на рис. 193. Массивный сборный устой
запроектирован под Пролетные строения I = 16,5 — 34,2 м для высот насыпей от
6 до 15 м. Устой образуется из железобетонных Г-образных блоков массойдо2,7т
с последующим заполнением монолитным бетоном. Поверхности устоя, соприка-
сающиеся с грунтом, обмазывают 2 раза битумом.
1 монтажный стык блоков, 2 — блоки
247
Рис 194. Столбчатый устой
1 — шкафной блок, 2 — насадка,
3 — граница мерзлого грунта, 4 —
Рамный устой предназначен для пролет-
ного строения 16,5 м и высот насыпи 8—10 м.
Это определилось из допустимой по усло-
виям монтажа массы рамы порядка 16 т.
Свайный устой представляет собой высо-
кий свайный ростверк, сваи из железобетон-
ных центрифугированных оболочек диаметром
60 см.
Возможен вариант на призматических
сваях сечением 35 X 35 и 40 X 40 см по
4 сваи в ряду. Устой на оболочках предназна-
чен для пролетов 16,5—34,2 м, на призматиче-
ских сваях для пролетов 16,5 — 18,7 м при
высоте насыпи от 8 до Юм.
Стоечный устой образуется из двух ря-
дов призматических стоек сечением 35 X 35
и 40 X 40 см. Устой предназначен для проле-
тов от 16,5 до 34,2 м при высоте насыпи 8—
12 м. Возможен вариант с применением обо-
лочек диаметром 60 см, в этом случае в каж-
дом ряду располагается по 4 стойки.
Для районов вечной мерзлоты заслу-
живает особого внимания столбчатая
конструкция опор, уже примененная для
устоев однопролетных мостов на железнодорожной линии Вам—Тында.
Устой состоит из четырех железобетонных столбов сплошного се-
чения диаметром 80 см, погруженных в предварительно пробуренные
в вечномерзлом грунте скважины диаметром 90 4- 100 см (рис. 194).
Пбсле установки столбов в скважины заливается цементно-песчаный
раствор. Насадка и шкафные блоки устоя выполняются в виде сборной
конструкции.
Железобетонные столбы могут быть круглого сечения диаметром
0,6 — 0,8 м или восьмигранной формы, не исключена возможность
обоснованного применения больших размеров.
Для районов вечной мерзлоты посредством такой столбчатой'кон-'
струкции обеспечивается минимальное влияние на термический режим
мерзлого основания. Благодаря концентрации вертикальных нагрузок
на небольшом числе столбов и надежной анкеровке в грунте за счет
применения цементно-песчаного раствора столбчатые конструкции
надежно сопротивляются силам морозного пучения.
Аналогичные конструкции рекомендуются и для промежуточных
опор, строящихся в северной строительно-климатической зоне.
§ 4. Определение сил, действующих на опоры
При расчете опор различают основные и дополнительные сочетания
нагрузок, отличающиеся вероятностью одновременного их совпа-
дения.
В' основные сочетания включается одна или несколько из следую-
щих нагрузок: постоянные нагрузки, временная подвижная вер-
тикальная нагрузка, активное давление грунта и его давление от воз-
248
действия временной вертикальной нагрузки, усилия от предвари-
тельного напряжения и центробежная сила.
К дополнительным сочетаниям относится совместное действие
одной или нескольких нагрузок основных сочетаний с включением
одной или нескольких прочих нагрузок и воздействий (табл. 15).
При расчете промежуточных опор балочных мостов учитывают
следующие виды силовых воздействий (рис. 195): собственный вес
опоры Q; опорные давления от веса пролетных строений и мостового
полотна АпЪ Ап2; опорные давления от временной подвижной на-
грузки Akl, Ak2, тормозные силы Tlt Т2', ветровые нагрузки Wlf
W2, Г3; давление льда Нг и Н2\ нагрузку от навала судов С;
поперечные удары подвижной нагрузки S.
При определении собственного веса опоры используют предвари-
тельно назначенные размеры, а вес пролетных строений берут из ти-
повых проектов. Все силовые воздействия определяют в соответствии
с нормативными данными технических условий проектирования мо-
стов. При этом следует иметь в виду, что давление льда может быть
направлено как поперек, так и вдоль моста.
Поперечное давление считают приложенным к опоре в уровне низ-
кого ледохода и высокого ледохода.
Нагрузка от навала судов может действовать также в двух направ-
лениях. Ее учитывают только для судоходных пролетов и принимают
на уровне расчетного судоходного горизонта,
Таблица 15
Характерные сочетания основных и дополнительных нагрузок
для расчета промежуточной^опоры
Наименования нагрузок и воздействий Основные сочетания вдоль моста Дополнительные сочетания
вдоль моста 1 | поперек моста
I II III IV | 1 V 1 1 VI VII VIII IX |Х1 XII XIII
1. Собственный вес опоры Q + + + + + + + + + -1- +
2. Опорное давление от веса + + + + + + + + + + + +
пролетного строения и мо- стового полотна Ап1 3. То же Ап2 + + + + + + + + + 1 + 1 1
4. Опорное давление от вре- менной подвижной нагруз- ки Akl 5. То же 6. Тормозная сила Т 7. Ветровая нагрузка на опо- ру и пролетное строение 8. То же на подвижной со- став Wi 9. Давление льда Н 10. Нагрузка от навала судов С 11. Поперечные удары подвиж- ного состава S + + -I- + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
249
Продольное давление ветра учитывается только для сквозных про-
летных строений и принимается в размере 60% от поперечного дав-
ления.
Поверхность подвижного состава, подверженная давлению вет-
ра, принимается в виде сплошной полосы высотой 3 м.
Тормозные силы полностью передаются через неподвижные опор-
ные части. Если на опоре расположены разноименные опорные части,
то за счет трения условно передаютша подвижные опорные части 25%
при катковых опорных частях и 50% Т при плоских. Суммарное усилие
не должно превышать тормозной силы, собирающейся с большего про-
лета.
Все горизонтальные силы, воспринимаемые опорой от пролетного
строения, считаются приложенными в центре опорных частей; момент
от переноса точки приложения горизонтальных сил расчетом не учи-
тывается.
Расположение опорных частей должно быть таким, чтобы момент
от постоянной нагрузки равнялся нулю, т. е. = Ап2е2.
Расчет быка в большинстве случаев достаточно произвести на I,
VI и IX сочетания нагрузок (см. табл. 15).
I сочетание (действие одной постоянной нагрузки) принимается
для назначения размеров опоры с таким расчетом, чтобы равнодей-
ствующая всех сил проходила возможно ближе к центру тяжести рас-
четного сечения опоры.
Для VI сочетания характерен наибольший эксцентриситет, что
также может оказать влияние на назначение размеров опор, В IX соче-
тании обычно получается максимальное воздействие на опору.
Рис. 195. Расчетная схема промежуточной опоры
250
лтшщ
Рис. 196 Расчетная схема устоя:
а —загружение устоя; б — эпюра горизонтального давления от массы грунта, в — эпюра
горизонтального давления ог временной нагрузки; /—// — разбивка тела устоя на простые
фигуры; 12 — уровень подошвы шпалы; 13 — плоскость обреза фундамента
Нормальные силы и моменты для расчета фундамента и основания
определяют для тех же сочетаний нагрузок, что и для сечений тела
опоры1.
Расчет массивных бетонных опор производится по двум предель-
ным состояниям: по первому предельному состоянию на прочность
(устойчивость формы); по второму предельному состоянию на трещино-
стойкость, поворот, крен, смещение верха опор.
В расчетах по первому предельному состоянию нагрузки прини-
мают с коэффициентами перегрузок; по второму предельному состоя-
нию принимают нормативные нагрузки.
Значения коэффициентов перегрузок приведены в технических ус-
ловиях проектирования мостов. Динамический коэффициент для рас-
чета массивных опор принимают равным единице.
Концевые опоры (устои) рассчитывают только на нагрузки, дей-
ствующие вдоль моста. Кроме перечисленных нагрузок, на устой дей-
ствуют еще вертикальные g, горизонтальные Еп и Eq давления грун-
та (рис. 196).
При расчете устоев принимают следующие характерные сочетания
основных нагрузок:
I — действие только постоянных нагрузок;
II — постоянная нагрузка и временная, расположенная на про-
летном строении;
III — постоянная нагрузка и временная, расположенная на
призме обрушения.
Для дополнительных нагрузок характерны следующие сочетания:
IV, ^представляющее собой сочетание II плюс сила торможения, на-
правленная в сторону пролета; V, представляющее собой сочетание II
1 Расчеты фундаментов и оснований подробно излагаются в учебнике «Ме-
ханика грунтов, основания и фундаменты».
251
Плюс временная Нагрузка на призме обрушения и сила торможения
в сторону пролета. Для высоты устоя более 6 м может оказаться не-
выгодным сочетание с тормозной силой в сторону насыпи. При этом
постоянное горизонтальное давление грунта принимается минималь-
ным. Кроме того, необходима проверка на действие постоянных на-
грузок при отсутствии насыпи.
В большинстве случаев наиболее неблагоприятными расчетными
сочетаниями могут оказаться I и IV или V. По этим сочетаниям обыч-
но определяются основные размеры устоя. Для определения собствен-
ного веса устоя удобно разделить массив устоя на простые фигуры.
Нормативное значение горизонтального давления грунта от его
собственного веса определяют по формуле
ео = МВН, , (XV.4)
где р —tg2^45°---
<рн — нормативный угол внутреннего трения грунта.
Эпюра нормативного горизонтального давления е0 представляет
собой треугольник (см. рис. 196, б). Равнодействующая этого давления
равна объему эпюры.
При постоянной ширине В равнодействующая, равная
= (XV.5)
приложена на расстоянии V3 Н от рассматриваемой плоскости опоры.
Если ширина опоры В изменяется по высоте, можно брать осред-
ненное значение. Если задняя грань не сплошная, а состоит из отдель-
ных стоек, свай, то за расчетную ширину принимают удвоенную
суммарную ширину всех стоек, но не более полной ширины по внеш-
ним граням крайних стоек.
Горизонтальное давление грунта от временной нагрузки на призме
обрушения определяют так же, как для постоянного давления: е =
= р<7, где q — вертикальное равномерно распределенное давление в
рассматриваемом слое грунта от временной нагрузки, тс/м2.
Значение q (тс/м2) в плоскости подошв шпал принимается по фор-
муле
где k — эквивалентная нагрузка для длины загружения X при
р а = 0.
F** Длину загружения можно принимать равной половине высоты
Н до рассматриваемого слоя грунта. При определении q на глубине
необходимо учитывать распределение нагрузки в теле насыпи.
В технических условиях принято распределение вертикального
давления под углом arctg 1/2 к вертикали.
Для устоя однопутной железной дороги эпюра горизонтально-
го давления от временной нагрузки в верхней части имеет участок
252
с йостоянной ординатой, потому что ширийа распределения НёртИКаЛЬ-
ного давления меньше ширины устоя. По мере углубления интенсив-
ность давления падает, и на устой передается лишь часть горизонталь-
ного давления, что соответствует криволинейному затуханию эпюры.
На основе принятой схемы распределения давления грунта от вре-
менной нагрузки получены формулы равнодействующих сил давления
и точек их приложения. Для однопутных устоев железнодорожных
мостов равнодействующие прямолинейной и криволинейной частей
эпюры
= 2,7^Н1Ч, Е’1 = qpBJaH — ajfj, (XV.6)
а плечи относительно низа эпюры соответственно равны:
, 1 _ ц Hi п Я1сс(#1£1 + Я—#1) (XV 7)
“ 2 ’ На-Ню,!
Принятые в формулах обозначения ясны из рис. 196. Коэффициен-
тами а, £, ах, учитывается характер распределения горизонталь-
ного давления. Значения этих коэффициентов зависят от Н и Др Ве-
личины коэффициентов и другие нормативные данные приведены в тех-
нических условиях проектирования мостов.
§ 5. Проверка прочности (устойчивости) и трещиностойкости опор
Прочность и трещиностойкость массивных частей опор проверяют
для сечений, в которых резко меняется ширина или длина опоры.
В промежуточных опорах балочных железнодорожных мостов
таким сечением будет плоскость по обрезу фундамента. В устоях под-
лежат проверке плоскость шкафной стенки в уровне подферменной
плиты, в местах изменения размеров тела устоя, а также сечение
по обрезу фундамента.
При расчете опор усилия и моменты от дополнительных сочетаний
нагрузок определяют отдельно вдоль и поперек моста и не суммируют
их. При основном сочетании нагрузок сечения рассчитывают на косой
изгиб и нормальную силу.
Прочность нормальных сечений внецентренно сжатых бетонных
элементов таврового сечения при 2d h'n (рис. 197) проверяют по
условию
Ne < Япр bxN (h — 0,5 xN) +
+ #пр (b„ — b)(h — 0,5 ЙА) йА, (XV.8)
высоту сжатой зоны определяют по формуле
xN = d + |/" d2 4- (ЬА -b) (2d - ЙА) , (XV.9)
253
У
XN
где Л/ — Продольное сжимающее
усилие от расчетных
нагрузок;
7?Пр — расчетное сопротивле-
ние бетона сжатию
Для расчета прямоугольных сечений в
приведенных выражениях следует прини-
мать Ьп = &, при этом высота сжатой зоны
получается равной h — 2 е0. Для сечений
обтекаемой формы высоту сжатой зоны для
эскизных расчетов можно принимать при-
ближенно такой же, как для прямоуголь-
ного сечения.
Кроме внецентренного сжатия, опоры прове-
ряют на. устойчивость как центрально сжатый
элемент с учетом коэффициента ср понижения не-
сущей способности (коэффициент продольного
изгиба) Проверка производится по формуле
Wflnp, (XV 10)
где F—площадь всего сечения;
Ф= ———~ Р,--— — коэффициент понижения
। несущей способности; g
+ N
Мдл — длительно действующая нормальная сила
от постоянных нагрузок;
ГЛАВА XVI
ПОСТРОЙКА ОПОР
§ 1. Монтаж сборных опор
Стоечные опоры путепроводов и эстакад собирают стреловыми кра-
нами на автомобильном или гусеничном ходу. При большой протя-
женности эстакады может быть применен портальный кран, грузо-
подъемность которого определяется весом блоков опор и пролетных
строений.
Стойки опор (рис. 198) устанавливают в гнезда фундаментов или
в подколонники, закрепленные на фундаменте или на головах свай.
Под торец стойки укладывают слой песчано-цементного раствора.
Стойку закрепляют деревянными клиньями, а при большой высоте
(больше 6 м) дополнительно расчаливают тросами. На установленные
стойки прикрепляют инвентарные подмости для укладки насадки,
после чего проверяют правильность положения опоры и бетонируют
сопряжения стоек с фундаментом и насадкой.
Монтаж опор из бетонных блоков (рис. 199) производится в пре-
делах пойм стреловыми или портальными кранами, в пределах русла —
А^кр— кратковременная нормальная сила от вре-
менной нагрузки
Коэффициент при кратковременном действии
нагрузки фКр и коэффициент влияния длительной
нагрузки на несущую способность опоры тдл
принимают по таблицам норм Свободную длину
при определении фкр ^для быков балочных мо-
стов принимают равной удвоенной высоте опоры
Трещиностойкость бетонных опор проверяют по
величине эксцентриситета е0 нормальной силы,
относительно центра тяжести всего сечения
(см рис 197). При этом требуется выполнить
условия, чтобы от нормативных нагрузок при
основных сочетаниях ео^О,5 у, а при дополни-
тельных сочетаниях ео^О,6 у, где у — расстоя-
ние от центра тяжести всей площади до наиболее
сжатой грани Проверка трещиностойкости мо-'
жет оказать решающее влияние на назначение размеров опоры. Допускаемый
эксцентриситет может быть увеличен на 10%, если в растянутой зоне опоры
ставится арматура в количестве 0,05% от всей площади сечения
Необходимо также проверить устойчивость положения опоры при опроки-
дывании и скольжений Расчетом также проверяют прочность фундамента, осно-
вания и возможные осадки опоры Эти расчеты производят в соответствии с
указаниями, изложенными в учебнике «Основания и фундаменты»
Рис 197. К расчету опор на
прочность по обрезу фунда-
мента
а — эпюра нормальных напряже-
ний в плоскости обреза фунда-
мента, б — прямоугольная фор-
ма сечения, в — тавровая форма
сечения; г — овальная форма
сечения; 1 — центр тяжести ежа
той зоны; 2 — центр тяжести
всего сечения
плавучим краном или стреловым кра-
ном с рабочего мостика. Блоки 1
укладывают на песчано-цементный
раствор 2 толщиной 2 — 3 см. Через
3 — 4 ряда проверяют горизонталь-
ность рядов и выправляют возмож-
ные перекосы толщиной подкладок
в вышележащих швах. Вертикальные
254
Рис. 198. Монтаж стоечной опо-
ры
1 — песчано-цементный раствор,
2 ~ подколенник; 3 — деревянные
клинья, 4 — стойка, 5 — насадка;
fj — подмости
255
швы з-аполняют раствором с уплотнением плоскими лопатками,
предварительно проконопатив швы снаружи. В дальнейшем паклю
удаляют, швы расшивают цементно-песчаным раствором.
Ядро опоры заполняют порядно бетонными блоками 3 и цементно-
песчаным раствором между ними 2. Заполнение только бетонной
смесью может привести к разрыву коробчатого блока вследствие
расширения ее от подъема температуры в процессе схватывания (от
экзотермии),
§ 2. Постройка монолитных опор
Бетонирование опор производится в опалубке, которая должна обес-
печивать проектные размеры опоры. Для этого она должна быть проч-
ной и жесткой и не изменять своей формы.
В практике мостостроения в настоящее время часто применяется
деревянная опалубка, которая может быть стационарной, т. е. приме-
няемой однократно, и сборной щитовой, применяемой для бетони-
рования нескольких опор.
Стационарная опалубка представляет собой каркас с внутренней
обшивкой из досок. При криволинейном очертании опоры в плане
(рис. 200) опалубку делают из вертикальных досок, прибитых гвоздями
к горизонтальным ребрам в пределах плоских боковых поверхностей
и к горизонтальным кружалам в пределах криволинейных торцовых.
Ребра и кружала прикреплены к вертикальным стойкам. При прямо-
угольном очертании опоры опалубка может быть сделана из горизон-
Рис. 200. Стационарная опалубка опоры-
1 — кружальное ребро; 2 — ребро, 3 — тяж; 4 — стойка; 5 — распорки, 6 — доски опалубки;
7 — диагональные связи; 8 — болты, 9 — стык досок опалубки
256
тальных досок, прибивае-
мых к вертикальным стой-
кам.
Внутри опалубки уста-
навливают распорки и тя-
жи, фиксирующие ширину
опоры, а для неизменяемо-
сти формы — поперечные
диагональные вертикаль-
ные связи из досок, удаляе-
мые, как и распорки, по
мере бетонирования. Тяжи
из арматурных стержней с
резьбой на концах остают-
ся ц теле бетона. При боль-
шой высоте опоры опалуб-
ку раскрепляют тросовыми
Рис. 201. Щит сборной опалубки опоры:
1 •“ болты; 2 — металлическая
деталь
скрепления
оттяжками, придающими
ей устойчивость при действии ветра. Кружальные ребра составляют
из двух-трех слоев досок, сплоченных гвоздями, и прикрепляют к го-
ризонтальным ребрам болтами. Для обеспечения растворонепроницае-
мости доски опалубки толщиной 4 — 5 см сплачивают в четверть.
Внутреннюю поверхность строгают, а в некоторых случаях, например
при расположении сооружения в пределах населенного пункта, обши-
вают кровельным железом или пластиком. Обшивка фанерой не дости-
гает цели, так как при укладке бетонной смеси фанера коробится.
Щиты сборной опалубки (рис. 201) представляют собой жесткий
каркас из брусьев на болтовых соединениях, обшитый досками. Щиты
соединяют болтами. При большой (более 6 — 8 раз) оборачиваемости
щита болты пропускают через металлические детали, прикрепленные
к брусьям каркаса. Размеры щитов, определяемые размерами опор,
условиями их транспортирования и грузоподъемностью кранов, обыч-
но находятся в пределах 4хЗ-г5х4м.
Применение щитовой опалубки становится экономически целе-
сообразным при ее оборачиваемости не менее 3 — 4 раз. При щитовой
рпалубке особое внимание должно быть обращено на ббесйечение не-
изменяемости формы ранее изложенными приемами (поставкой тя-
жей, распорок, связей).
При сооружении мостов с высокими опорами (виадуков) целесооб-
разно применение передвижной стальной опалубки (рис. 202). Высота
щитов опалубки 1,2 м. В процессе укладки бетонной смеси опалубку
непрерывно поднимают домкратами (винтовыми или гидравличе-
скими). Домкраты упираются при помощи специальных захватов
в стержни диаметром 25 мм, расположенные по периметру опорьт через
2,5 — 3,0 м. Скорость подъема назначается с таким расчетом, чтобы
из-под опалубки выходил бетон со сроком твердения (после схваты-
вания) не менее двух часов. Бетон подают в кубле тельфером. По мере
подъема с подвешенных к опалубке подмостей производится затирка
9 Зак. 1298
257
Рис. 202. Передвижная опалубка опоры:
раковин, устранение неровностей на поверхности. При бетонировании
обязателен систематический и тщательный инструментальный контроль
за положением осей опоры в плане.
Бетонную смесь укладывают в опалубку горизонтальными слоями
с уплотнением глубинными и площадочными вибраторами. Темп бе-
тонирования (м3/ч) определяют из обязательного условия непрерыв-
ности кладки, т. е. чтобы при вибрировании очередного слоя смеси не
была затронута схватывающаяся смесь. При больших размерах опор
(двухпутные мосты под железную дорогу, автодорожные мосты) вы-
полнение этого условия требует большой производительности бетоно-
смесительной установки (бетонного завода), что, в свою очередь,
требует увеличения числа или мощности обслуживающих механизмов.
Поэтому при площади опор 100 м2 и более разрешается блочное бето-
нирование (рис. 203). Высота блока — 2 — 2,5 м. Блок II бетонируют
после распалубки торца блока I. Меж-
ду блоками обеспечивается перевязка
швов.
В суровых климатических условиях^
при мощном ледоходе (толщина льда более
1 м), а также из архитектурных соображе-
ний (городские мосты) применяют облицов-
ку опор естественным камнем прочных и
морозостойких пород.
Бетонную облицовку (рис. 204), кото-
рая служит и опалубкой, укладывают ря-
дами по мере бетонирования с соблюде-
нием перевязки швов. Камни укладывают
На деревянные планки с конопаткой швов
?5§
Рис. 203. Блочное бетониро-
вание опоры:
I—II — номера блоков
Рис 204 Облицовка бетонной опоры
а — из естественных камней; б — навесная из плит, 1 — плита облицовки, 2 бетонное за-
полнение; 3 — анкерные крючки
паклей. Уложенные камни служат опалубкой укладываемого бетона,
ядра опоры. В последующем паклю удаляют и швы расшивают песча-
но-цементным раствором.
Такой способ обеспечивает монолитность всей опоры, но услож-
няет технологию постройки, снижает темп сооружения опоры. Поэтому
при отсутствии ледохода предпочитают навесную облицовку опор.
После окончания бетонирования опоры в опалубке производится на-
вешивание ранее подготовленных плит облицовки из естественного
камня. Для этой цели используют заделанные при бетонировании
в опору стержни, к которым при помощи крючков 3 и проволоки
крепят плита. Пространство между опорой и плитами заполняют
бетоном. Взамен плит из естественного камня, обработка которого тре-
бует большой затраты труда и пока еще слабо механизирована,
могут быть применены железобетонные плиты из высокопрочного
бетона с добавлением цветной крошки. При их изготовлении в бе-
тон -заделывают крючки для крепления плит к опоре.
Если бетонирование опор производят в холодное время года, при-
меняют способ термоса, при котором в свежеуложенном бетоне опоры
сохраняется плюсовая тем- ’
пература, возникающая при
схватывании и твердении бе-
тона. Для этой цели опалубки
опор утепляют (рис. 205):
стационарную — устройством
наружной обшивки и засып-
кой опилками или шлаком;
щитовую — легкими тепло-
изоляционными материалами
(стекловатой, шевелином,
войлоком и т. п.). Для умень-
'шения продуваемости утепле-
ния очень эффективна наруж-
ная обшивка толем.
Устройство тепляков тре-
бует больших расходов мате-
риалов, затрат труда и при-
менения отопительных при-
Рис 205. Утепленная опалубка
9*
боров (калориферов, [парового или водяного центрального отойлё-
ния). Поэтому они находят применение при сооружении тонкостен-
ных, рамных конструкций, при которых экзотермического тепла недо-
статочно для сохранения положительной температуры на время схва-
тывания и твердения бетона.
§ 3. Постройка опор в районах вечной мерзлоты
и с суровым климатом
При строительстве малых мостов через небольшие постоянные или пе-
риодические водотоки в районах с вечномерзлыми грунтами и суровым
климатом необходимо обеспечить устойчивость опор против выпучи-
вания, вызываемого действием объемных сил, возникающих при замер-
зании пучинистых грунтов (глинистых, мелкопесчаных) как под по-
дошвой фундамента, так и по его боковым граням, и против осадки
в результате оттаивания мерзлых пучинистых грунтов под подошвой
фундамента.
Для этого необходимо: уменьшить выталкивание фундамента
силами пучения "или противопоставить им достаточную для обеспе-
чения устойчивости силу сопротивления; предотвратить деградацию
(оттаивание) вечной мерзлоты в зоне фундамента.
Эти задачи решаются применением массивных фундаментов глубо-
кого заложения, свайных или столбчатых фундаментов.
Разработку мерзлого грунта в открытых котлованах следует вести
в зимний период, когда не нарушается тепловой режим подстилающего
грунта и не требуется крепление стен котлована. В летний период при
отсутствии водотока применяют закладное крепление стен котлована,
При наличии водотока возможно применение металлического шпун-
тового ограждения или массивного бетонного сборного или монолит-
ного опускного колодца.
Низкая стабильная температура в зимний период позволяет при-
менять способ вымораживания воды и грунта даже при строительстве
мостов через большие реки с большой глубиной
и скоростью течения воды. Этот способ особенно
эффективен при наличии скального грунта. При
производстве работ в летний период для восста-
новления нарушенного теплового режима грунта
и сохранения его в период эксплуатации соору-
жения необходимо уложить на поверхности
грунта теплоизолирующий слой из прессован-
ного торфа, легкого бетона на основе пенопла-
стов, древесной коры и т. п., толщина которого
колеблется от 10 до 50 см. Необходимо также
обеспечить хороший водоотвод, так как вода яв-
ляется хорошим аккумулятором и проводником
тепла.
Для замораживания деградированного слоя
вечной мерзлоты возможно применение автома-
260
Рис. 206. Установка
для охлаждения грун-
та
Рис 207 Схема по-
гружения квадратной
железобетонной сваи
в скважину
30*30
Рис. 208. Ромбовид-
ная железобетонная
свая:
h — глубина промерзания
грунта
тически действующих установок, предложенных
инж. С. И. Танеевым (Ленгипротранс), Наиболее
эффективной является двухтрубная или много-
трубная установка (рис. 206), состоящая из тру-
бы охладителя 1 большого (около 200 мм) диа-
метра и трубы циркуляции (или нескольких
труб) 2 малого диаметра (около 80 мм), соединен-
ных герметично между собой и заполненных ке-
росином, выполняющим роль теплоносителя.
Когда температура воздуха ниже температуры
грунта, керосин в тонкой трубе быстрее охлаж-
дается, его плотность увеличивается и происхо-
дит его циркуляция. В результате талый или
пластично-мерзлый грунт становится твердомерз-
лым и устраняется опасность осадки и выпучи-
вания опоры. Летом установка не работает.
Выпучиванию массивного фундамента глубо-
кого Наложения препятствует большой собствен-
ный вес и заделка его нижней части в мерзлом
грунте.
При постройке свайных фундаментов в вечно-
мерзлых грунтах применяют предварительное
бурение скважин станками вращательного буре-
ния шнековым буром с лопаточным додотом диа-
метром 350 мм с зубьями. Таким снарядом успеш-
но бурят скважины в глинистых и мелкозерни-
стых песках с примесью гальки глубиной до 8 м.
При этом диаметр скважины получается 38—
40 см. В готовую скважину сваю размером 35 X
X 35 см погружают ударами дизель-молота с
дополнительной забивкой ниже дна скважины на
возможную глубину. Мерзлый грунт вытесняется
при погружении углами сваи (рис. 207) и плотно
заполняет пространство между сваей и стенками
скважины. Стрелками показано заполнение сква-
жины грунтом.
Для уменьшения сил выпучивания замерзаю-
щего верхнего слоя пучинистого грунта может
быть применена ромбовидная свая (рис. 208). Такая свая, кроме того,
обеспечивает требуемую несущую способность при меньшей, по
сравнению с призматической, глубине погружения.
При сооружении столбчатых опор из железобетонных элементов
сплошного и трубчатого сечений применяют турбо-буровое или удар-
ное бурение. При этом диаметр скважины принимают больше диаметра
столба. Остающийся на дне скважины слой шлама уплотняется весом
столба опоры. Пространство между столбом и стенками скважины за-
полняют цементно-песчаным раствором, «холодным» (не замерзающим
в процессе твердения) бетоном или грунтом (в пределах действенного
слоя грунта).
261
xvii
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТАХ
§ 1. Классификация и область применения
Металлическими мостами считаются мосты, имеющие металлические
пролетные строения. Опоры таких мостов бывают, как правило, бе-
тонными, реже — железобетонными; старые мосты имеют опоры из
каменной кладки. В редких случаях опоры могут быть металлически-
ми (виадуки, путепроводы).
Достоинствами металлических мостов являются возможность мак-
симальной индустриализации изготовления (поточное изготовление
элементов на заводах) и скоростного монтажа из готовых элементов,
в том числе укрупненными блоками, а также снижение транспортных
расходов, отсутствие работ по омоноличиванию на стройплощадках
и значительная простота восстановления по сравнению с железобетон-
ными мостами.
Эти преимущества в сочетании с высокой удельной прочностью ме-
таллов (высокой прочностью при малом весе металлических конструк-
ций) определили область применения металлических мостов: это, как
правило, большие и средние пролеты преимущественно под железную
дорогу. На автомобильных дорогах и в городах металлические мосты
также получили большое распространение благодаря легкости кон-
структивных форм и своим архитектурным достоинствам.
По статической схеме металлические мосты разделяются на балоч-
ные, рамные, арочные, висячие, вантовые и комбинированных систем.
Балочные мосты могут быть с шарнирным опиранием на две опоры
(разрезные), а также'неразрезные и консольные. Разрезные пролет-
ные строения с ездой поверху под железную дорогу применяются
пролетами от 23 до 66 м с ездой на деревянных поперечинах, по железо-
бетонной плите без балласта и с железобетонной плитой балластного
корыта, включенной в работу балок. Под автомобильную дорогу при-
меняют преимущественно неразрезные, реже консольные пролетные
строения пролетами более 60 — 80 м с двутавровыми или коробчатыми
балками с железобетонной или стальной ортотропной плитой настила.
Рамные металлические мосты строили в прошлом как путепроводы
малых пролетов (через станционные пути). Теперь все малые путепро-
воды строят полностью из железобетона, а стальные рамы применяют
для автодорожных виадуков больших пролетов.
Арочные металлические мосты пролетами от 70 до 500 м строят,
как правило, двухшарнирными; бывают мосты со сплошными и со
сквозными арками.
Висячие и вантовые мосты под железную дорогу почти не применяют
вследствие большой деформативности. Они строятся преимущественно
в городах и достигают пролетов 350 м (вантовые) и 1500 м (висячие).
262
Мосты комбинированных систем (фермы с жестким нижним поясом,
гибкие арки с балкой жесткости и т. п.) выполняют из металла в случае
явного экономического преимущества перед железобетонными (как
правило, при пролетах, превышающих 100 — 120 м).
К особым системам относятся разводные мосты, строящиеся толь-
ко металлическими в больших городах и в устьях крупных рек, куда
заходят морские суда с большим подмостовым габаритом (до 40 м),
если по экономическим или архитектурным соображениям устройство
неподвижного моста с высокими насыпями нецелесообразно.
По уровню езды металлические мосты бывают с ездой понизу,
поверху и посередине. По назначению они разделяются на железно-
дорожные, автодорожные, городские, под совмещенную езду и пеше-
ходные. В последнее время начали строить мосты под трубопроводы
для нефти и газа.
По виду соединений металлические мосты бывают клепаными, свар-
ными, а также со сварными элементами, соединяемыми в узлах на за-
клепках (клепано-сварные) и на высокопрочных фрикционных бол-
тах (болто-сварные).
По конструкции металлические пролетные строения бывают со
сквозными (решетчатыми) фермами и со сплошными фермами (балка-
ми). Первые применяются для железнодорожных мостов с ездой по-
низу при пролетах более 33 м, вторые —с ездой поверху при пролетах
более 23 м и под автодорогу при пролетах более 42 м.
Металлические пролетные строения имеют в своем составе в качест-
ве основной несущей конструкции главные балки (рис. 209) или глав-
ные фермы (рис. 210), проезжую часть, связи и опорные части.
При езде поверху проезжая часть, представляющая собой балочную
клетку из продольных и поперечных балок, может отсутствовать.
В таких сооружениях мостовое полотно железнодорожных мостов или
Рис. 209. Схема стального пролетного строения с ездой поверху:
а — под железную дорогу; б — под автомобильную дорогу, 1 — поперечные связи, 2 — глав-
ные балки; 3 — продольные связи; 4 — мостовое полотно; 5 —ребра жесткости, 6 — опорные
части; 7 — ездовое полотно
263
железобетонная плита проезжей части автодорожных мостов могут не-
посредственно опираться на главные балки.
Главные балки имеют двутавровое или коробчатое сечение и со-
стоят из вертикальных листов (стенок), усиленных ребрами жестко-
сти, и горизонтальных листов (поясов). В коробчатых балках пояса
состоят из листа, усиленного ортогональными продольными и попереч-
ными ребрами, и представляют собой ортогонально-анизотропную
(ортотропную) плиту.
Главные фермы состоят из отдельных стержней, работающих на
осевую силу, если пренебречь влиянием жесткости узлов и считать
соединение в узлах шарнирным, что в обычных стержневых фермах
близко к действительной работе.
При езде поверху число главных балок в железнодорожных мостах
обычно равно числу рельсов, в автодорожных мостах оно определяется
технико-экономическими расчетами из условия минимума расхода
металла на пролетное строение. Широкие автодорожные и городские
мосты теперь проектируют с ездой поверху, применяя коробчатые бал-
ки. При езде понизу пролетное строение обычно имеет две главные
фермы.
Главные фермы (балки) соединяют продольными и поперечными
связями, превращающими пролетное строение в решетчатый брус.
Связи обеспечивают пространственную неизменяемость и жесткость
пролетного строения и воспринимают горизонтальные поперечные
нагрузки (от ветра и др.).
Связи в уровне проезда может заменять сплошной стальной лист
мостового полотна в железнодорожных мостах, а также железобетон-
ная или стальная ортотропная плита проезжей части в автодорожных
мостах. Вторую систему продольных связей и поперечные связи делают
Рис. 210. Общий вид стального пролетного строения с ездой понизу:
а — под железную дорогу; б — под автомобильную дорогу; 1 — главные фермы; 2 — портала
ное заполнение; 3 — продольные связи; 4 т- поперечные связи; 5 — проезжая часть
264
решетчатыми. При езде пойизу вместо опорных поперечных связей
устраивают опорные рамы (порталы), обеспечивающие габарит проезда
и архитектурно оформляющие въезд на мост.
К главным фермам (балкам) в уровне проезда присоединяется про-
езжая часть, состоящая из продольных и поперечных балок. Попереч-
ные балки устанавливают в узлах стержневых ферм или в промежутках
между узлами (в фермах с жестким нижним поясом). По продольным
балкам укладывают железнодорожное мостовое полотно (число балок
равно числу рельсов) или железобетонную плиту ездового полотна ав-
тодорожных мостов. Продольные балки объединяют продольными ре-
шетчатыми связями (или сплошным листом мостового полотна) и по-
перечными связями.
Элементы стальных мостов изготовляют на заводе при помощи свар-
ки или заклепок. На монтаже мостов под железную дорогу эти эле-
менты (стержни, балки и др.) соединяют высокопрочными фрикцион-
ными болтами как в обычном, так и в «северном» исполнении. В авто-
дорожных мостах со сплошными балками в обычном исполнении при-
меняют и монтажную сварку.
Для передачи опорных реакций и обеспечения продольных пере-
мещений от изменения температуры и действия временной нагрузки
пролетные строения устанавливают на опорные части (см. гл. XIV).
§ 2. Материалы металлических мостов
Основным материалом металлических мостов является сталь, подраз-
деляемая по прочности на классы. Класс обозначают дробью: в чис-
лителе указывают предел прочности, а в знаменателе — предел теку-
чести стали в кгс/мм2. Вторая характеристика — одна из важнейших —
принимается за нормативное сопротивление стали и определяется на-
пряжением, соответствующим горизонтальной площадке на диаграмме
работы материала; для сталей, не имеющих площадки текучести, она
устанавливается условно как напряжение, при котором относительное
остаточное удлинение равно 0,2%.
В современном мостостроении для несущих конструкций в соот-
ветствии с ГОСТ 19282—73 применяют углеродистую сталь класса
С38/23 марок СтЗ мост (для клепаных) и М16С (для сварных элементов),
низколегированную сталь класса С50/35 марки 15ХСНД и сталь по-
вышенной прочности класса С55/40 марки 10ХСНД. В отдельных слу-
чаях применяют сталь класса С55/40 марки 14Г2АФД, класса С60/45
марки 12Г2МФТ, а также высокопрочные стали классов от С80/60
до С100/75 и алюминиевые сплавы.
Применение высокопрочных сталей классов С80/60 и выше и алю-
миниевых сплавов классов А38/23 и выше, а также сталей с нитридным
упрочнением (14Г2АФД и 18Г2АФДпс) является весьма перспектив-
ным в мостостроении, так как оно обеспечивает существенное умень-
шение веса пролетных строений (в 2,5 и более раз), уменьшение транс-
портных расходов и облегчение монтажа, однако требует обеспечения
необходимой жесткости конструкции путем разработки новых кон-
265
структивных форм и систем, примененйя предварительного напряжений
и других приемов.
Новые эффективные материалы (высокопрочные стали и алюминие-
вые сплавы) дороже сталей обычных ма'рок, однако благодаря сущест-
венному снижению расхода металла стоимость всего пролетного строе-
ния из высокопрочной стали при существующих ценах оказывается
равной или даже несколько меньшей стоимости такой же конструкции
из углеродистой стали. Конструкции из алюминиевых сплавов пока
оказываются дороже стальных (примерно в 1,3 — 1,7 раза в зависи-
мости от пролета), однако благодаря высокой стойкости против корро-
зии, хорошей технологичности и высокой хладостойкости, а также по-
стоянному снижению стоимости алюминия его применение в строитель-
стве и в мостостроении будет в перспективе неуклонно расширяться.
В дальнейшем изложении будут рассматриваться только стальные
пролетные строения.
Кроме предела текучести, важными механическими характеристи-
ками являются относительное удлинение при разрыве, составляющее
для стали 18 — 24%, ударная^вязкость и временное сопротивление при
разрыве (38 кгс/мм2 для класса С38/23 и около 100 кгс/мм2 для высоко-
прочных сталей). Из них в современных ГОСТ нормируется лишь удар-
ная вязкость,: не менее 3 кгс • м/см2 для мостов обычного исполне-
ния при температуре —40° С и не менее 2,5 — 3 кгс • м/см2 для мос-
тов «северного» исполнения при температуре —70° С.
Содержание углерода и легирующих добавок отражается в обозна-
чении марки стали: так, две первые цифры в марке означают содержа-
ние углерода в сотых долях процента (для современных сваривающихся
сталей 0,09 — 0,18%). В состав сталей в качестве легирующих добавок
входят марганец (Г), кремний (С), хром (X), никель (Н), молибден (М),
медь (Д), ванадий (Ф), титан (Т) и др. в количестве 0,8 — 2%; если
это количество составляет приблизительно 1 или 2%, после обозначе-
ния легирующей добавки ставится цифра 1 или 2. Сейчас рекоменду-
ются безникелевые кремнемарганцевые стали. В ГОСТ на мостовую
сталь нормируется легирование всех сталей медью, повышающей
стойкость стали против коррозии.
Количество вредных примесей ограничивается следующими ве-
личинами: фосфора, повышающего хладноломкость (хрупкость при
низких температурах), — 0,04%, серы, повышающей красноломкость
(расслоение при горячей обработке), — 0,045 4- 0,05%.
Для мостовых сварных конструкций применяется мартеновская
сталь в успокоенном состоянии, для клепаных в обычном исполнении
допускается полуспокойная сталь, в «северном» — спокойная; кипя-
щая сталь не допускается. Успокоенную сталь получают, выдерживая
ее после варки в ковше, после добавления 0,8 — 1 кг алюминия на
тонну стали для ее раскисления. При этом выгорают вредные примеси,
а сталь приобретает более однородную структуру и меньшую склон-
ность к образованию трещин при низких температурах.
Для литых опорных частей применяют отливки из конструкционной
нелегированной стали марки 25Л, для шарниров и катков — углеро-
дистую кованую сталь марки В Ст5сп.
266
Для соединений элементов стальных конструкций материалы вы-
бирают в зависимости от прочности основного металла и района по-
стройки моста (обычное или «северное» исполнение).
Основным видом заводских соединений в мостах, построенных до
1945 г., являются заклепки, во вновь строящихся по типовым проек-
там — сварка; для мостов «северного» исполнения заклепки приме-
нялись до 1970 г. в связи с недостаточной изученностью влияния низ-
ких температур на поведение сварных конструкций.
Основным видом монтажных соединений в настоящее время яв-
ляются высокопрочные фрикционные болты из термообработанной
стали марок 38ХС и 40ХФА. Эти болты, затянутые до нормативной
величины натяжения, передают усилия в соединениях элементов бла-
годаря трению по соприкасающимся плоскостям. При этом сам болт
является предварительно напряженным элементом и работает на рас-
тяжение, а соединяемые им поверхности — на трение.
Преимуществами фрикционных болтовых соединений являются
простота монтажа, исключение горячих работ по клепке на монтаже,
а также меньшая концентрация напряжений в соединениях вследствие
передачи усилий посредством трения и более благоприятные условия
работы соединения на многократно повторные нагрузки.
Основным видом современных конструкций мостов являются
болто-сварные пролетные строения или (для малых пролетов и удоб-
ства перевозки в готовом виде) цельносварные.
Для заводской сварки применяют сварочные материалы, обеспечи-
вающие при автоматической сварке высококачественными электро-
дами под слоем флюса получение металла шва, ударная вязкость ко-
торого такая же, как основного металла. При этом размер катета уг-
ловых швов составляет обычно 6 — 12 мм. Стыковые швы выполняют
с полным проваром соединяемых элементов с соответствующей (обычно
Х-образной) обработкой кромок.
В северных строительно-климатических зонах (А — с темпера-
турами минус 40 — 50° С и Б — ниже минус 50° С) применяют фрик-
ционные соединения на высокопрочных болтах, а также клепаные
соединения. Заклепки для них выполняют из более мягкой стали,
чем основной металл. Так, для стали класса С38/23 марки СтЗ мост
применяют заклепки из углеродистой мартеновской горячекатаной
стали марки Ст2сп по ГОСТ 499 — 70, а для легированных сталей
классов С50/35 и С55/40 — легированную мартеновскую спокойную
горячекатаную сталь марки 09Г2 по ТУ 14-1-287—72. Эти стали более
пластичны — имеют повышенное относительное удлинение при раз-
рыве и применяются для «северного» исполнения.
Для мостов применяют заклепки расчетным диаметро’м 20, 23 и
26 мм. Это — диаметр отверстия, в которое вставляются заклепки,
имеющие первоначальный диаметр 18, 22 и 24 мм и полностью заполня-
ющие отверстие после постановки. Для фрикционных болтов установ-
лены диаметры 18, 22 и 24 мм; им соответствуют размеры отверстий 21,
25 и 28 мм; при этом болт стоит в отверстии свободно и не касает-
ся стенок отверстия; наиболее употребительны заклепки диаметром
23 мм и болты диаметром 22 мм.
267
ГЛАВА XVIII
СТАЛЬНЫЕ ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ
СО СПЛОШНЫМИ БАЛКАМИ
§ 1. Конструкция и типы сечений главных балок
Главные балки мостов с ездой поверху (рис. 211) выполняются свар-
ными (современное решение) или клепаными (мосты старой постройки).
По конструкции балки могут быть одностенчатыми или двустенчатыми
(коробчатыми). До последнего времени чаще применялись одностен-
чатые балки, но сварная коробчатая форма их является более прогрес-
сивной, так как позволяет обойтись более дешевым листовым металлом,
обеспечивает большую устойчивость сечения при изгибе и повышенную
сопротивляемость кручению.
Обычно балки по высоте представляют один блок, однако в 1946 —
1960 гг. применялись двухблочные (по высоте) главные балки проле-
тами 33 — 66 м, под железную дорогу (см. рис. 211, в), что позволяло
вписать каждый блок в перевозочный габарит. В последние годы от
такой конструкции отказались из-за сложности соединения блоков на
монтаже; для пролетов от 18 до 33,6 м включительно применяют
цельноперевозимые сварные пролетные строения, вписывающиеся
в перевозочный габарит благодаря пониженной относительной высоте:
Пролетные строения пролетами 45 — 66 м, являющиеся одноблоч-
ными по высоте, перевозят плоскостными блоками, с делением глав-
ных балок на блоки по длине.
Высоту главных балок принимают такой, чтобы при минимальном
расходе металла были обеспечены нормативная жесткость, техноло-
гичность заводского изготовления и требуемые по условиям перевозки
и грузоподъемности крана размеры монтажных блоков. Следует пре-
дусмотреть также возможность замены пролетного строения. При этом
желательно обеспечить возможно меньшую строительную высоту ба-
лок и обойтись без горизонтального стыка в стенке балки.
Высоту балок типовых пролетных строении унифицируют для не-
скольких пролетов, принимая ее оптимальной для среднего пролета
данной серии, что позволяет уменьшить трудоемкость их изготовле-
ния. При езде на деревянных поперечинах высота главных балок ти-
повых железнодорожных пролетных строений составляет приблизи-
тельно -ру расчетного пролета (при пролетах 23—33 м). При больших
пролетах целесообразно Применять главные балки, объединенные с же-
лезобетонной плитой, что повышает жесткость разрезных балок;
в этом случае их высоту можно назначать при пролетах 33 — 66 м
равной пролета (рис. 212).
268
Рис 211. Типы поперечных се-
чений главных балок
а — одностенчатые; о — двустенча-
тые (коробчатые); в — двухблоч-
ные (по высоте)
Рис. 212. Пролетное строение со сварными балками пролетом 55,0 м под желез-
ную дорогу.
269
Рис. 213. Изменение площади сече-
ния поясов балок:
Высота разрезных главных балок
автодорожных и городских мостов со-
ставляет -рг---пролета. Нераз-
резные и консольные балки могут
иметь постоянную высоту, но чаще их
выполняют с увеличением высоты над
опорами.
Толщину стенки стальных главных
балок назначают не менее 12 мм (свар-
ные) и 10 мм (клепаные балки) и про-
веряют расчетом на скалывание у опор
и местную устойчивость отсеков
стенки.
Ширина поясов двутавровых свар-
ных балок железнодорожных мостов
(см. рис. 212) должна быть не менее
240 мм по условий укладки деревян-
ных поперечин и не более 20 6 и
600 мм по условию местной устойчи-
вости сжатого свеса гполки (10 6),
где 6 — толщина пояса, равная 10—
40 мм. Ширину растянутого пояса
не ограничивают. В автодорожных и
городских мостах ширина сжатого
пояса — не более 30 6 или 800 мм.
Толщина поясов из углеродистой стали
принимается не менее 14 мм и дости-
гает 50 мм, а в зарубежных мостах
есть примеры, когда толщина поясных
листов достигает 80 — 100 мм.
В северной строительно-климати-
ческой зоне следует проектировать
пояса, как правило, однолистовыми.
Обрыв листов в пролете в этой зоне
не разрешается.
Изменение площади поперечного
сечения поясов сварных балок по дли-
не пролета достигается применением
листов разной ширины и толщины
(рис. 213), соединяемых сваркой
встык. Чтобы уменьшить концентра-
цию напряжений, устраивают плавные
переходы от одного размера к другому:
скосы с уклонами не круче 1 : 8 для
растянутого пояса и 1:4 для сжа-
того. В «северном» исполнении оба
уклона делают не круче 1 : 12.
Если по расчёту требуется толщййа пойсй, превышающая 60 мМ,
то пояс балки составляют в обычном исполнении из двух листов раз-
ной ширины с тем, чтобы можно было на краю нижнего листа (не ме-
нее 50 мм) наложить валиковые швы, присоединяющие верхний лист
(рис. 214). Эти листы должны иметь толщину на концах 10 мм, что
выполняется путем скоса с уклоном не круче 1 : 8; по ширине листы
скашиваются до 50 мм с уклонами не круче 1 : 4 или приданием верх-
нему листу трапециевидной формы.
Для обеспечения местной устойчивости стенки ее укрепляют пар-
ными ребрами жесткости, приваренными с двух сторон полосами тол-
щиной 10 — 12 мм (в опорных сечениях ребра делают толщиной 20 —
30 мм).
Выступ полки (ширина ребра) делается не более 15 толщин ребра
и не менее + 40 мм, где h — высота стенки в мм. Стенки высоких
балок укрепляют не только вертикальными, но и горизонтальными реб-
рами, разбивающими стенку на отсеки, подлежащие проверке на мест-
ную устойчивость.
Ребра делают достаточно мощными, чтобы удержать стенку от вы-
пучивания. Их момент инерции должен-быть не менее: для вертикаль-
ных (поперечных) ребер I = Зй0б3; для горизонтальных (продольных)
ребер
1 = ( 2,5— 0,45—— б2, (XVIII.1)
\ h0) h0
но не менее 1,5 /i06s и не более 7й0б3.
Здесь / — момент инерции ребра относительно оси, проходящей
через центр тяжести ребра и параллельной плоскости
стенки;
h0 — высота стенки балки в свету между полками;
6 — толщина стенки;
а — расстояние между поперечными ребрами. ' I
Продольные ребра ставят в сжатой зоне стенки. Расстояния от
сжатого пояса до ребра: при одном ребре (0,20 4-0,25) h0; при двух \
и трех ребрах — до первого ребра около 0,20 h0, до второго —около
0,45 й0. Третье ребро устанавливают в растянутой зоне стенки.
Поперечные ребра в конструкциях обычного изготовления можно-
приваривать к сжатому поясу балки; к растянутому поясу их реко-
мендуется приваривать в железнодорожных мостах через прокладки
толщиной 16 — 20 мм и шириной 30 — 40 мм (рис. 215, а), плотно за-
биваемые на место и привариваемые только к ребрам, а не к поясу,
чтобы не пересечь сварным швом силовой поток растяжения в поясе
и не снизить его усталостную прочность. Только в опорных сечениях
ребра приваривают к поясам, так как здесь ребра включаются в состав
сечения, воспринимающего опорную реакцию, а растяжение в поясе
отсутствует (М = 0).
Для увеличения вибрационной прочности современные нормы ре- '•
комендуют устраивать непрерывные горизонтальные ребра жест-
кости, что позволяет применять автоматическую сварку, а вертикаль-
27 J-
ные ребра — прерывать и приваривать к горизонтальным с устрой-
ством скругленных вырезов (см. рис. 215, а), однако допускаются и не-
прерывные вертикальные ребра (рис. 215, б) при условии приварки
к ним горизонтальных с полным проваром по толщине в растянутой
зоне стенки.
Чтобы избежать пересечения сварных швов и концентрации напря-
жений в местах пересечения, необходимо по концам ребер делать вы-
резы, что предпочтительнее, см. узел /, или скосы. Прямоугольные
вырезы высотой 80 — 120умм, шириной 50 — 80 мм скругляют радиу-
сом не менее 20 мм; по концам ребер (у поясов) применяют большие
размеры, при пересечении ребер — меньшие.
В клепаных балках применяют поясные уголки размером 100 +
+ 100 X 10 мм и более, сохраняя по длине балки один калибр угол-
ков и утолщая (добавляя) горизонтальные листы в середине балки
для восприятия изгибающего момента. Их ширина должна быть не
менее, чем две ширины полок уголков плюс толщина стенки, плюс два
свеса по 5 мм (и не менее 240 мм при езде на поперечинах). Наибольшая
ширина пакета листов толщиной 6 определяется величиной их свобод-
ного свеса, допускаемого (от крайней риски заклепок) не более 10 6
в железнодорожных и 15 6 в автодорожных и городских мостах.
Толщину горизонтальных листов принимают не менее 10 мм и не
более 20 мм, что обеспечивает плотность пакета между заклепками
и дает экономию металла при обрыве лишних листов по эпюре мо-
ментов.
При этом один из листов верхнего пояса (обычно тонкий) доводят
до концов балки, чтобы избежать опирания поперечин на уголки и не
Рис. 215. Устрой-
ство ребер жестко-
сти:
а — при непрерыв-
ных горизонтальных;
б — при непрерывных
вертикальных ребрах
272
Рис. 216. Клепаное пролетное строение пролетом 23,0 м под железную дорогу:
а фасад; б — план верхних связей, в — план нижних связей
допустить усталостных трещин в уголках. Наибольшая толщина па*
кета горизонтальных листов, включая толщину полки уголка и поясных
накладок, ограничена допускаемой толщиной склепки, равной 4,5 d
при ручной и 5,5 d — при машинной клепке, где d — диаметр заклеп*
ки. Число склепываемых тел в пакете должно быть соответственно не
более 7 и 8 при d = 23 мм и 8 и 9 при d = 26 мм..
Уголки жесткости ставят по расчету на местную устойчивость,
а также в местах передачи сосредоточенных сил и в местах постановки
поперечных связей, вертикальные фасонки которых прикрепляют к вы*
ступающим полкам уголков жесткости (рис. 216).
Парными уголками жесткости охватывают поясные уголки, что
достигается устройством высадки или применением под уголками на
всю высоту балки прокладок толщиной, равной толщине полки пояс-
ного уголка. Для промежуточных уголков выбирают вариант высад-
ки или прокладки, исходя из соображений расхода металла и трудоем-
273
6)
ГЛЬ60*30„А~А
Рис. 217. Прикрепление фасонок свя-
зей:
а — встык- в уровне пояса; б — внахлестку
под поясом; в — встык к стенке балки, г —•
деталь прикрепления связей
274
Кости высадки. Так, для высоких
балок более целесообразна высад-
ка, для низких — прокладки. Для
уголков из термически упрочнен-
ной стали класса С55/40 и более
высадка не допускается.
§ 2. Связи между главными
балками
Для объединения главных балок в
пространственное пролетное строе-
ние между ними ставят горизон-
тальные продольные и вертикаль-
ные поперечные связи.
Верхние продольные связи в
железнодорожных разрезных про-
летных строениях с ездой по
брусьям воспринимают горизон-
тальные удары подвижного состава
и обеспечивают устойчивость верх-
них сжатых поясов. Роль этих свя-
зей в период эксплуатации может
выполнять железобетонная плита.
Стальные связи могут понадобиться
при монтаже балок. Обычно ставят
также и нижние связи. В неразрез-
ных балках они нужны, чтобы обес-
печить устойчивость сжатого пояёа
на участке отрицательного изгибаю-
щего момента.
Применяют треугольную или
крестовую решетку связей: при ма-
лой панели связей и большом рас-
стоянии между балками (автодорож-
ные мосты) — полураскосную, при
малом расстоянии — безраскосную
(только распорки). Элементы свя-
зей выполняют из одиночных или
двойных уголков, а также сварных
тавров.
В железнодорожных мостах де-
ревянные брусья, прогибаясь, мо-
гут нажимать на элементы верхних
связей, фасонки, которыми они при-
крепляются к поясам, или на голов-
ки заклепок (болтов) их прикрепле-
ния. Чтобы предотвратить это, а
также изгиб связей из их плоскости, необходимо обеспечить расстояние
от низа бруса с учетом его наибольшей врубки (3 см) до верха фасон-
ки прикрепления не менее 4 см.
В связи с этим в сварных балках возможны три варианта прикреп-
ления фасонок связей: в уровне низа пояса с приваркой фасонки встык
к поясу (рис. 217, а); под полкой с приваркой фасонки внахлестку
продольными швами (рис. 217, б); с приваркой фасонок К стенке балки
на 70 — 80 мм ниже верхнего пояса (рис. 217, в, г).
Первый вариант возможен лишь при большой толщине верхнего
пояса (чтобы обеспечить зазор в 4 см); второй требует принятия мер
против концентрации напряжений (плавное очертание концов фасо-
нок, механическая зачистка швов); третий вариант наиболее удачен.
Элементы поперечных связей можно прикреплять к уширенным
вертикальным, а продольных связей — к горизонтальным ребрам же-
сткости. Если связи приваривают, то расстояние между поясом бал-
ки и ветровым поясом (горизонтальным ребром жесткости) должно
быть не менёе 1/7 высоты балки. В мостах «северного» исполнения не
разрешают приварку связей к ветровым поясам, ребрам жесткости
и фасонкам; их прикрепляют заклепками или фрикционными болтами.
§ 3. Стыки и соединения главных балок
Стыки балок бывают заводские (в связи с ограниченной длиной про-
ката листов и профилей) и монтажные (выполняются при сборке эле-
ментов на стройплощадке).
В заводских стыках совмещение всех элементов балки в одном се-
чении не обязательно, в монтажных все части балки должны преры-
ваться в одном сечении или в расположенных ря-
дом сечениях, удобных для монтажа блоков.
В Сварных балках заводские стыки выпол-
няют, как правило, двусторонней сваркой встык.
В случаях, когда выполнять ее затруднительно,
допускается применение односторонней сварки
встык при условии обеспечения полного провара
корня шва, а в растянутых стыках — также и
последующей механической обработки шва в этом
месте. Толщина стыкового шва должна быть не ме-
нее толщины свариваемых листов.
В высоких балках, при необходимости иметь
горизонтальный стык стенки, расстояние между
этим стыком и горизонтальным ребром жесткости
должно быть не менее десяти толщин стенки для
уменьшения остаточных напряжений от наложе-
ния двух близко расположенных швов. Такое
соединение удобнее и качественнее второго вариан-
та — приварки листов стенки угловыми швами к Рис- :?18- Сты11'
г г J стенки балки с при
непрерывному горизонтальному ребру жесткости варкОй к горизон-
(рис. 218). тальному ребру
=«0
275
Рис. 219. Стыки горизонтальных листов:
а — ступенчатый, б «- совмещенный
Монтажные стыки сварных балок выполняют преимущественно
на фрикционных высокопрочных болтах или, в особых случаях, на
заклепках.
В клепаных балках стыки также перекрывают накладками, при-
крепляемыми в заводских условиях преимущественно на заклепках,
а на монтаже — фрикционными болтами. При этом нужно обеспечить
правильное протекание в стыке силового потока без перенапряжения
в отдельных местах.
Для размещения необходимого числа заклепок применяют гори-
зонтальные накладки в стыках поясов. При нескольких листах в по-
ясе стык может быть ступенчатым (рис. 219, а) и совмещенным
(рис. 219, б). Конструкция совмещенного стыка должна допускать сое-
динение монтажных блоков вертикальным перемещением, не иметь
«вилок» в одном блоке и узких щелей в другом для заведения этих «ви-
лок» (выступающих листов полок). В совмещенном стыке полки пере-
крывают парными горизонтальными накладками, а стенки на всю
высоту — парными вертикальными накладками. Это выполняется
двумя способами: применением одной вертикальной накладки пол-
ной высоты, тогда поясные
Рис. 220. Стьщ вертикального листа балки,
перекрытый накладками разной ширины
уголки прерываются и пере-
крываются уголковыми на-
кладками , пр инимающими
усилия на участке / —
(см. рис. 219, б), или приме-
нением вертикальной наклад-
ки из трех частей. При этом
в соответствии с эпюрой нор-
мальных напряжений в балке
(вдали от нейтральной оси
приходится ставить больше
заклепок) средняя часть на-
кладки — узкая, доводится
до поясных уголков, а две
крайние части — более широ-
кие; они накладываются на
вертикальные полки уголков
и узкую вертикальную на-
кладку той же толщины
(рис. 220).
276
§ 4. Конструкция мостового полотна
Мостовое полотно железнодорожных мостов устраивают на деревян-
ных мостовых брусьях или на балласте; возможна укладка рельсов без
балласта по железобетонной или стальной плите.
Чаще всего мостовые брусья укладывают на' главные (продольные)
балки с врубкой 5 — 30 мм и прикрепляют к поясам балок лапчатыми
болтами. На мостах в пределах станций, на всех путепроводах, на
мостах длиннее 25 м или выше 5 м делали тротуары в том же уровне
на брусьях длиной 4,2 м (рис. 221, а). В мостах современной постройки
тротуары устраивают в пониженном уровне на металлических кон-
солях (рис. 221, б). В последнем случае не требуется длинных брусьев
и облегчается замена брусьев. Эпюра укладки брусьев на старых мо-
стах показана на рис. 222. Тротуары на консолях устраивают из облег-
ченных железобетонных (керамзитобетонных) плит. На длинных мо-
стах делают площадки-убежища шириной не менее 1 м на удлиненных
консолях, расположенных в шахматном порядке чедез 25 м или над
опорами, для склада материалов и укрытия людей от проходящих
поездов (см. рис. 120).
Рис 221. Мостовое полотно с тротуарами
1 см и не более 3 см; 5 — лапчатый болт диаметром 22 мм, 6 — лапчатый болт; 7 — доски
20X3 см; 8 — брус 20x16 см; 9 — уголок перил 70+70X6 см, 10 — контруголок 160+100X14 мм;
11 — брус 20X24X320 см; 12' — уголки 100+100X10 мм
277
Расстояние между мостовыми брусьями определяется работой рель-
сов на изгиб (25 — 30 см по осям), а также обеспечением безопасного
движения сошедшей с рельсов колесной пары (10 — 15 см в свету).
Для предотвращения аварии на мосту в случае схода колес с рель-
сов предусматриваются две линии защиты: первая — контррельсы
или контруголки, укладываемые на всех путепроводах, всех мостах
длиннее 5 м и на мостах, расположенных на кривых радиусом меньше
1000 м; вторая линия защиты (при переходе колеса через контррельс) —
противоугонные (охранные) брусья, которые воспринимают горизон-
тальную силу удара второго колеса этой пары. Главное же назначение
этих брусьев — препятствовать сдвижке (угону) мостовых брусьев
и не дать сошедшему колесу провалиться между брусьями. Противо-
угонный брус размером 16 X 20 см укладывают плашмя, чтобы его
момент сопротивления в горизонтальной плоскости был наибольшим.
Стыкуют брусья вполдерева и прикрепляют болтами диаметром 19 —
22 мм к каждой второй поперечине; над каждой поперечиной в нем
делают врубку 3 см. Расстояние от бруса до наружной грани путевого
рельса в свету установлено от 300 до 400 мм.
Ранее ставили контррельсы легче путевого рельса, но не более
чем на один тип; теперь ставят контруголки (калибром не менее 160 +
+ 100 X 14 мм, большей полкой вверх) набольших мостах, на мостах
с ездой поверху при большом расстоянии между фермами и во всех
случаях вместо контррельсов типа Р50, поскольку контруголки более
надежны как охранное устройство. За пределами моста (на 10 м даль-
ше задней грани устоя) контруголки или контррельсы сводят к оси пу-
ти «челноком» (рис. 223), в конце которого ставят металлический баш-
мак или скашивают контррельсы, чтобы обеспечить вкатывание со-
шедших перед мостом колес в желоб между рельсом и контррельсом
(контр угол ком). Для этого же перед особо ответственными большими
мостами укладывают специальные вкатыватели, на ходу восстанавли-
вающие сошедшие с рельсов колеса на путевые рельсы. На таких мо-
стах вместо противоугонных брусьев на том же расстоянии от рельсов
ставят продольные противоугонные уголки того же сечения, что и
контруголки, прикрепляя их шурупами или костылями. На остальных
мостах с деревянными брусьями по главным балкам ставят противо-
угонные уголки с вертикальной полкой не менее 120 мм не реже чем
через 5 м и не менее двух на пролет.
Рис. 222. Эпюры укладки мостовых брусьев:
а — без тротуаров, б — с двусторонними тротуарами, в — без боковых тротуаров в двухпут-
ных мостах с общей проезжей частью; г — при наличии боковых тротуаров
278
Рис. 223. Схема укладки контррельсов перед мостом
Сечение мостовых брусьев обычно назначают типовым 200 X
X 240 мм (при расстоянии между осями балок не более 2 м). При боль-
ших чем 2 м расстояниях размеры сечения брусьев и другие детали
мостового полотна приводятся в «Инструкции по текущему содержа-
нию искусственных сооружений» № ЦП-3084, утвержденной МПС
в 1973 г.
Чтобы обеспечить непрерывность пути при изменении длины сталь-
ных балок или ферм пролетом более 100 м под воздействием темпера-
туры, над подвижными опорными частями укладывают уравнительные
приборы (рис. 224), состоящие из уложенных на лафете (длинной под-
кладке) отогнутых в плане рамных рельсов и остряков, головки ко-
торых строгают, чтобы получить плавное их сопряжение, не препят-
ствующее взаимным продольным перемещениям.
На многих больших мостах или при большом расстоянии между
балками вместо деревянных мостовых брусьев уложены металлические
поперечины. Это исключает применение леса и снижает затраты по
содержанию и замене брусьев, но требует расхода профильного метал-
ла (около 0,4 т/м пути); кроме того, необходимы специальные меры,
обеспечивающие работу автоблокировки на электрифицированных
линиях.
Рис. 224. Уравнительный прибор:
/ — рамные рельсы; 2 — остряки; 3 —концевые брусья соседних пролетных строений, 4 —
279
На стальных пролетных строениях можйо укладывать путь на бал-
ласте в железобетонном' корыте или прикреплять рельсы непосред-
ственно к железобетонной плите. Первое решение/ сохраняя однород-
ность пути и простоту его текущего содержания, увеличивает постоян-
ную нагрузку почти на 5 т на метр пути,, второе создает меньшую на-
грузку, но текущее содержание пути, особенно замена плит, остается
достаточно трудоемким. Оба решения становятся экономичными толь-
ко при объединении! железобетонной плиты со стальными балками,
что позволяет увеличить жесткость конструкции и уменьшить рас-
ход металла за счет включения плиты в работу на изгиб.
§ 5. Пролетные строения со стальными главными
балками, объединенными с железобетонной плитой
Объединение железобетонной плиты со стальными балками достигается
применением особых упоров или фрикционных соединений, восприни-
мающих сдвигающую силу при работе объединенной конструкции на
изгиб. При этом стальные балки-воспринимают почти всю постоянную
нагрузку (1-я стадия работы), а объединенная конструкция (2-я стадия
работы) — временную нагрузку и небольшую (вторую) часть постоян-
ной^нагрузки: вес выравнивающего и защитного слоев бетона, изоля-'
цищ дорожного покрытия и других укладываемых на месте слоев.
При этом общий вес конструкции увеличивается, но благодаря увели-
чению момента инерции объединенной конструкции за счет включения
плиты в работу достигается экономия стали до 10 — 15% из-за умень-
шения сечения верхних поясов балок (рис. 225, а), а также из-за сни-
жения высоты балок, жесткость которых при включении плиты в ра-
боту значительно повышается.
Повышается также и горизонтальная жесткость объединенных'про-
летных строений (их иногда называют сталежелезобетонными), что
позволяет уменьшить расстояние .между осями балок и получить эко-
номию за счет уменьшения ширины опор.
Упоры должны быть достаточно мощными для восприятия сдви-
гающих сил не только от изгиба, но и от разности температур балки
и плиты и от усадки бетона. Они бывают гибкими из арматурных стерж-
ней (рис. 225, б — е) или жесткими Из отрезков профилей, полос или
труб (рис. 225, ж — -о). В автодорожных мостах упоры обычно прива-
ривают к верхнему поясу балок, а в железнодорожных — к под-
кладке, которую прикрепляют к поясу фрикционными болтами
(см. рис. 225, о), поскольку наложение сварных швов, особенно попе-
речных, вызывает нежелательную концентрацию напряжений в Поя-
сах стальных балок.
В первых проектах таких мостов плиту объединяли с упорами,
бетонируя ее на месте. Более индустриальным решением является при-
менение сборной плиты из блоков, укладываемых автокраном по сталь-
ным балкам. Блоки в местах упоров имеют отверстия (окна), запол-
няемые бетоном на быстротвердеющем цементе.
280
Рис. 225. Типы упоров объединенных балок: .
а — сечение балки; б—е — гибкие упоры; ж — о — жесткие упоры
281
Наиболее индустриальным является объединение ребристой плиты
с балками без омоноличивания (при помощи фрикционных соединений)
с промазкой эпоксидным клеем прикрепленных к подошве ребер сталь-
ных закладных пластинок (клееболтовое соединение) или без клея.
За рубежом для автодорожных мостов предложено фрикционное объ-
единение плиты горизонтальными стальными стержнями (длинными
фрикционными^ болтами), создающими трение между стенками плиты
и вертикальной стальной пластинкой, приваренной к верхнему поясу
балки.
Сборные плиты железнодорожных мостов делят на блоки только
поперечными швами. Размеры блоков для автодорожных мостов опре-
деляются условиями их перевозки и монтажа. Стыкование плит же-
лезнодорожных мостов осуществляется сваркой выпусков арматуры,
петлевыми стыками с последующим омоноличиванием бетоном. В опыт-
ных пролетных строениях — обжатыми клеевыми стыками. В авто-
Рис. 226. Безбалластные конструкции объединенных балок:
а — на коротких высокопрочных болтах; б ~ то же на длинных шпильках
282
Дорожйых пролетйых строениях блоки соединяют шпонками. В нераЗ-
резных мостах железобетонную плиту рекомендуется объединять
с главными балками в уровне нижних поясов, сжатых в зонах отри-
цательных моментов. В этих зонах верхняя плита, оказывающаяся
растянутой, обжимается предварительно напряженной арматурой
для включения ее в объединенное сечение (мост в г. Москве). Имеют-
ся примеры стальных автодорожных мостов, коробчатые балки кото-
рых объединены с верхней железобетонной плитой проезжей части
(мост через канал им. Москвы в г. Москве). Однако для автодорожных
коробчатых мостов пролетами более 100 — 120 м экономически
более целесообразным является применение ’ стальной ортотропной
плиты проезжей части.
Имеются проекты железнодорожных мостов, где предусмотрена
укладка рельсов непосредственно на железобетонную плиту, объеди-
ненную со стальными балками (рис. 226). Преимуществами такого ре-
шения по сравнению с ездой на балласте являются высокая индуст-
риальность, уменьшение массы и строительной высоты пролетного
строения, упрощение изоляции и отвода воды. Открытую поверхность
плиты покрывают слоем эпоксидной смолы; при этом вода может про-
текать под рельсами между подкладками и стекать в водоотводные
трубки по обеим сторонам пути или в щель плиты по оси пути между
раздельно поставленными блоками.
§ 6. Коробчатые пролетные строения с ортотропной плитой
Коробчатые пролетные строения с ортотропной платой (рис. 227) от-
личаются высокой заводской готовностью, снижением расхода метал-
ла, значительным повышением вертикальной, горизонтальной и осо-
бенно крутильной жесткости, а также упрощением транспортирования
и монтажа. Такие болто-сварные конструкции отличаются разнообра-
зием конструктивных форм и в последнее время получают все большее
распространение.
Железнодорожные мосты со стальной плитой настила применяются
с ездой на балласте или с укладкой рельсов непосредственно по сталь-
ной плите.
Ортотропная плита при езде на балласте образует балластное ко-
рыто. Преимуществами этого решения перед пролетными строениями
с железобетонной плитой балластного корыта являются высокая ин-
дустриальность и уменьшение собственного веса, что рационально при
больших пролетах; недостатком—опасность коррозии стального листа
под балластом, в связи с чем необходимо обеспечить хороший отвод
воды и изоляцию листа с применением эпоксидной смолы и полимерных
материалов.
Коробчатое пролетное строение с ездой на балласте двухпутного железно-
дорожного моста на линии Инсбрук — Зальцбург в Австрии (см. рис. 227) при
пролете 50 м имеет ширину коробки 5 м и высоту 2,2 м. Такая малая высота
(1 : 23 пролета) оказалась возможной благодаря большому моменту инерции
поясов коробки, образованных ортотропными плитами, продольные ребра ко-
283
торых выполнены из прокатных двутавров и имеют шаг 70 См; шаг поперечйыХ
ребер — 2,5 м. Через 12,5 м установлены сплошные поперечные диафрагмы, обес-
печивающие высокую крутильную жесткость коробке, что имеет большое зна-
чение для двухпутного моста при несимметричном загружении.
Дальнейшее снижение постоянной нагрузки и экономию металла
можно получить при безбалластном решении, устанавливая рельсы
непосредственно на стальную плиту мостового полотна, являющуюся
одновременно верхним поясом коробки-(рис. 228). Достоинствами та-
кого решения, кроме экономии металла, являются доступность и мень-
шая опасность коррозии верхнего стального листа, возможность меха-
низированной очистки мостового полотна и пропуска по железно-
дорожному мосту автомобильной и гусеничной нагрузок, простота
водоотвода и смены рельсов, недостатками — большой шум при про-
ходе поезда и дополнительные затраты, связанные с изоляцией рель-
совых цепей и обеспечением нормальной работы автоблокировки.
Такая конструкция применена на двухпутном балочном мосту пролетом
54 м через р. Эммер в ФРГ (см. рис. 228). Болто-сварная коробка высотой 3,5 м
(1 : 18 пролета) имеет наклонные стенки, над которыми опираются рельсы,
верхнюю ортотропную плиту толщиной 17 мм, усиленную ребрами, и нижнюю
сплошную плиту переменной толщины (от 20 до 80 мм) шириной 2,2 м, что поз-
волило сократить размеры опор. Над опорами высота коробок снижена
вдвое. Дальнейшей экономии металла и уменьшения толщины нижнего листа
можно достичь применением предварительного напряжения коробки в уровне
нижнего шояса; это решение предложено в МИИТе в 1964 г.
Институтом Гипротрансмост разработана серия коробчатых нераз-
резных железнодорожных пролетных строений с ездой поверху с креп-
лением рельсов к стальной ортотропной плите (пролетами 2 X 45
и 45 + 2 X 55 + 45 м) с вертикальными стенками, уширяющимися
книзу для обеспечения поперечной устойчивости коробок против опро-
кидывания ветром. Поперечное сечение представляет собой замкнутую
коробку с небольшими свесами верхних и нижних плит; стенки ко-
робок связаны диафрагмами. Все пролетные строения монтируются
Рис. 227. Поперечное сечение двухпутного железнодорожного коробчатого про-
летного строения (Австрия)
284
Рис. 228. Коробчатый железнодорожный двухпутный мост через р. Эммер (ФРГ):
краном ГЭПК-130 без монтажных промежуточных опор и отличаются
уменьшением расхода стали за счет перехода на коробчатое сечение,
снижением строительной высоты на 25% (она составляет 3,03 и 3,13 м)
при сохранении прогиба в размере 1 : 616 и 1 : 545 пролета и повы-
шением горизонтальной и крутильной жесткости по сравнению с про-
летными строениями из двутавровых балок. В МИИТ, ЦНИИС, НИИ
‘.85
Рис 229 Конструкция коробчатых пролетных строений
/—ортотропная плита; 2 — вертикальная стенка, 3 — наклонная стенка; 4 ~ поперечное реб-
ро, 5 — нижний ортотропный пояс коробки, 6 — клепаный нижний пояс; 7 - настил тротуа-
ров; 8 — тротуарная консоль
мостов ЛИИЖТ и в проектных организациях (Гипротрансмост, Лен-
гипротрансмост и др.) разрабатываются конструкции железнодорож-
ных коробчатых пролетных строений с ездой по стальному листу,
Рис 230. Типы, продольных ребер металли-
однако имеется много нере-
шенных вопросов, особенно в
технологии изготовления.
Поиск лучших решений про
должается.
|Автодорожные мосты ко-
робчатого типа с ортотропной
плитой проезжей части полу-
чили широкое распростране-
ние в последние годы благо-
даря ; названным выше пре-
имуществам для 'пролетов бо-
лее 60 —80 м. В поперечном
сечении, ’В; зависимости от
ширины * моста, v, устраивают
1 —2 ^коробки шириной по
4 —г 5 [м j и высотой около
1 : 20 1 : 30 пролета
(рис. 229). Продольные ребра
имеют обычно шаг 30—40 см,
поперечные — % -г 3,5 м; че-
рез 10,5—11 м"и над опорами
ставят поперечные диафрагмы, обеспечивающие жесткость коробок
против кручения. При пролетах около 100 м масса таких мостов со-
ставляет около 400 кг/м2 поверхности моста при болто-сварной кон-
струкции из углеродистой стали и около 350 кг/м2 — из низколегиро-
ванной стали.
Ортотропную плиту покрывают асфальтобетоном с полимерными
добавками толщиной около 5 см, толщина верхнего стального листа
составляет 12 — 14 мм, стенок продольных ребер 8 — 10 мм, попереч-
ных 12 мм. Продольные ребра устраивают открытого (из полосы,
тавра, полосы с бульбой) или закрытого типов (рис. 230) — трапе-
циевидной, полукруглой или V-образной формы высотой 160 —
180 мм; поперечные ребра делают тавровыми высотой 400 — 600 мм.
§ 7. Пролетные строения со сплошными
неразрезными и консольными балками
При увеличении пролета приходится для воспринятая растущего из-
гибающего момента и для обеспечения жесткости балок увеличивать
их высоту, но до определенного предела, лимитируемого условиями
перевозки по железной дороге и технологией изготовления, а также
расходом металла на ребра жесткости и дополнительные накладки на
перекрытие горизонтального стыка высокой стенки и нередко — ар-
хитектурными соображениями.
Поэтому для перекрытия средних и больших пролетов выгодно
применять неразрезные и консольные системы, позволяющие снизить
высоту балок при том же пролете или увеличить пролет при прежней
высоте балок.
Основными достоинствами неразрезных мостов (рис. 231) являются
экономия металла пролетных строений (за счет уменьшения положи-
тельных моментов в пролетах и снижения высоты стенок), экономия
материала опор, повышение жесткости пролетных строений и, наконец,
плавность линии прогибов, что имеет большое значение при скорост-
ном движении. Благодаря этим достоинствам, а также вследствие
благоприятных условий для навесного монтажа или продольной на-
движки неразрезные мосты получают в последнее время все большее
распространение.
По расходу металла неразрезные балки получаются выгоднее раз-
резных при пролетах более 60 м. Эта граница при благоприятных ус-
ловиях может быть сдвинута в сторону меньших пролетов.
Промежуточные опоры (быки) неразрезных мостов имеют меньшие
размеры, так как вместо двух опорных частей (под разрезные пролет-
ные строения) необходимо разместить лишь одну опорную часть. Даль-
нейшее уменьшение ширины опор можно получить, устраивая их
в виде шарнирно опертых колонн (так называемые качающиеся стой-
ки), например в путепроводах (см. рис. 231, ж). Кроме того, в разрез-
ных мостах опорные давления от временной нагрузки всегда прило-
жены внецентренно, а в неразрезных при любом положении нагрузки
опорное давление всегда передается на опору центрально.
287
Основным недостатком неразрезных мостов является изменение
напряженного состояния балок при неравномерной осадке опор. Из-
за этого ранее неразрезным системам предпочитали консольные и раз-
резные, особенно при железобетонных балках.
В настоящее время разработаны более точные методы расчета
осадок оснований и конструкции свайных фундаментов, позволяю-
щие уверенно применять неразрезные стальные балки почти при лю-
бых грунтах.
Недостатком является также сложность сопряжения подвижного
конца длинных неразрезных балок с соседним пролетом (обычно
число пролетов неразрезных балок составляет три и более). Несмотря
на этот недостаток имеются примеры весьма длинных неразрезных
стальных балок (например, 6-пролетный автодорожный мост «Евро-
па» в Австрии по схеме 81 + 108 + 198 + 108 -р 2 X 81 м, всего
657 м, или мост через долину Рура в ФРГ, имеющий 19 пролетов дли-
ной 67 — 127 м).
В нашем климате желательно Давать температурный пролет же-
лезнодорожных мостов (расстояние от неподвижной’ опорной части до
свободного конца неразрезной балки) не более 300 — 350 м; в авто-
дорожных мостах число пролетов неразрезных балок или длину тем-
пературного пролета можно не ограничивать.
Размеры пролетов неразрезных балок делают для простоты изго-
товления одинаковыми (сравнительно' редко, при неббльших проле-
тах, не более 60 м)~ или, что чаще, крайние пролеты проектируют рав-
ными 0,7—0,8 среднего при этом положительные изгибающие моменты
в пролетах получаются одинаковыми, что обеспечивает экономию ме-
талла. Однако конкретные условия проектирования часто приводят
к значительным отступлениям от оптимальной разбивки на пролеты.
Рис. 231. Схемы пролетных строений с неразрезными балками:
о, ж- постоянной высоты, б—д — с увеличением высоты над опорами, е — с усилением
подпругами
28?
Высота неразрезных балок бывает постоянной, но чаще увеличи-
вается на промежуточных опорах для восприятия больших опорных
моментов. Такой прием увеличивает жесткость балок над опорами
и позволяет разгрузить балки и снизить их высоту в пролете, что яв-
ляется выгодным, так как позволяет понизить уровень проезда при за-
данном подмостовом габарите. Конструктивно высоту изменяют или
устройством вутов (см. рис. 231, б), что проще в изготовлении, или
плавным изменением очертания нижнего пояса (см. рис. 231, в, г, д),
что лучше в архитектурном отношении, но усложняет и удорожает
изготовление балок, поэтому применяется только в городских мостах
особо больших пролетов. Оба способа вызывают трудности при изготов-
лении. В первом, чаще применяемом при клепаных балках, устраивают
горизонтальный стык в стенке; во втором (сварные балки) устраивают
частое расположение сварных монтажных стыков (мост в г. Москве).
При параллельных поясах неразрезных балок автодорожных и го-
родских мостов, имеющих в современных проектировках коробчатое
сечение с ортотропной стальной или железобетонной объединенной
плитой проезжей части, их высота составляет около 1 : 20 4- 1 : 25
пролета (для моста «Европа» — 1 : 25); для балок с криволинейным
нижним поясом высота на промежуточной опоре haa = 1 : 20 — 1 : 30
большего пролета, на крайней опоре /ion = 1 : 25 — 1 : 30 крайнего
пролета, в середине пролета /icp = 1 : 45 — 1 : 60 пролета; для короб-
чатых балок с вутами высота в середине пролета составляет
1 ; 20 — 1 : 30 пролета, а в опорных сечениях увеличивается линей-
но на участке 1:4 — 1:5 пролета еще на 30 — 50%.
Дальнейшее увеличение жесткости опорных сечений достигается
устройством дополнительного сжатого стержневого пояса («подпруги»);
если все опорные части, кроме одной, сделать подвижными, то такая
система (см. рис. 231, е) окажется в отношении опорных реакций нераз-
резной балочной.
Хорошее решение для автодорожных и городских мостов можно
получить, сочетая неразрезные балки постоянной высоты с радиально
или параллельно расположенными вантами (рис. 232). При наличии
разделительной полосы на магистрали можно вместо двух плоскостей
вант по краям проезда применить одну плоскость вант — по оси моста.
Это позволяет сэкономить не только на материале пилонов, но и, сде-
лав балки коробчатыми и вынеся часть проезда на консоли, уменьшить
ширину опор по сравнению с двухплоскостной схемой вант. При этом
коробчатые балки воспринимают крутящие моменты при односторон-
нем расположении нагрузки, а изгибающие моменты в вертикальной
плоскости воспринимаются комбинированной системой коробчатых
балок, усиленных вантами.
В ФРГ имеются примеры балбчно-вантовых мостов (через Эльбу
в Гамбурге, через Рейн в Бонне) со смешанным расположением вант
(не строго параллельйо или радиально), что вызвано архитектурными
соображениями.
Коробчатые неразрезные балки могут быть с ортотропной плитой
проезжей части или с железобетонной плитой, включенной в работу.
Такую плиту, находящуюся на участке отрицательных моментов в рас-
10 Зак. 129§ 289
Рис. 232. Схемы пролетных строений моста через Рейн в Дюссельдорфе.
а — параллельно вантовая; б — радиально вантовая
консольные оалки имеют свои
прогибов, меньшая жесткость и
Рис. 233. Схемы рамных стальных мо-
стов-
а — двухшарнирная рама, б — предварительно
напряженная консольная рамно-балочная си-
тянутой зоне, полезно сделать предварительно напряженной, что
повышает жесткость объединенных балок, а при некоторых условиях —
и их несущую способность и гарантирует бетон плиты от трещин.
Предварительное напряжение растянутой плиты можно создавать
только в плите и объединять ее с балками после передачи обжатия на
бетон. Другое решение — обжимать плиту после объединения ее с бал-
ками путем омоноличивания упоров или постановки фрикционных
болтов — позволяет предварительно напрягать не только железобе-
тонную плиту, но и стальную конструкцию балок. Третье решение
позволяет обжимать плиту в неразрезных балках посредством спе-
циальных приемов монтажа. Возможны и комбинированные способы
предварительного напряжения объединенных балок — применением
напрягаемой арматуры, поднятием и опусканием опор и временным
загружением балластом.
Консольные мосты со сплошными балками сохраняют основные
достоинства неразрезных (экономия металла и материала опор), но
свободны от их главного недостатка: являясь статически определимыми
системами, они не’реагируют на неравномерные осадки опор и могут
применяться в неблагоприятных геологических условиях. Однако
недостатки: переломы линии
большее количество разрывов
ездового полотна по сравнению
с неразрезными балками, что вы-
зывает расстройства в эксплуа-
тации таких мостов, ограничи-
вает их применение для скоро-
стного движения на автомаги-
стралях и в большинстве слу-
чаев делает такие системы непри-
годными для железнодорожных
мостов.
Схемы консольных стальных
балок аналогичны схемам кон-
сольных железобетонных балок
(см. главу VIП). Конструкция сплошных консольных балок такая
же, как и неразрезных. Особенностью является сопряжение консоли
с «подвесной» балкой, выполняемое путем постановки опорных частей
между концами сопрягаемых балок пониженной высоты или посред-
ством шарнирно прикрепленных планок как в железобетонных мостах.
В последние годы для перекрытия пролетов от 40 до 120 м в усло-
виях, требующих максимального уменьшения высоты пролетного
строения, стали применять рамные стальные мосты без предваритель-
ного напряжения (рис. 233, а) и консольной рамно-балочной системы
(рис. 233, б). Вторая конструкция является предварительно напря-
женной, причем регулирование усилий в ней выполняется Определен-
ной последовательностью производства работ. Временным загружением
консолей а b и а' Ь' или укладкой на консолях железобетонной плиты
до постановки подкосбв ас, а'с' создаются отрицательные изгибающие
моменты и прогиб консолей ab, а'Ь'. Затем ставят подкосы ас, а'с',
после чего или удаляют пригрузку консолей, или укладывают железо-
бетонную плиту в среднем пролете.
В результате достигается предварительное растяжение подкосов,
выгибающее вверх ригели рам (уменьшающее суммарные изгибающие
моменты в средней части рамы, в которую превращается конструкция
после постановки подкосов ас, а'с').
Для автодорожных виадуков и городских мостов больших про-
летов в последние годы стали применять стальные рамные пролетные
строения с наклонными стойкамй (мост Хирота в Японии, виадук
Альзетт в Люксембурге с наибольшим пролетом для такой системы
234 м и др.). Эта система получила название «бегущая лань» или «га-
зель». Она имеет коробчатые ригели и сужающиеся книзу короб-
чатые стойки и отличается малым расходом металла и высокими ар-
хитектурными качествами.
10*
290
ЛАВА XIX
СТАЛЬНЫЕ БАЛОЧНЫЕ ПРОЛЁТНЫЕ
СТРОЕНИЯ СО СКВОЗНЫМИ ФЕРМАМИ
§ 1. Главные фермы и их работа в пролетном строении
Схему решетки главных ферм пролетных строений (рис. 234) выби-
рают по соображениям экономическим (наименьшие масса и стоимость),
производственным (удобство изготовления и монтажа) и архитек-
турным (внешний вид моста).
Фермы должны быть геометрически неизменяемыми стержневыми
систёмами в предположении шарнирности узлов, при этом в элементах
ферм (стержнях) учитываются только осевые усилия. В безраскосных
фермах неизменяемость достигается за счет жесткости узлов, а в эле-
ментах таких и различных комбинированных ферм могут возникать
еще и изгибающие моменты, величина которых зависит от жесткости
узла и входящих в него элементов.
Решетка ферм образуется поясами (обычно они горизонтальны),
наклонными раскосами и вертикальными элементами: стойками, рабо-
тающими на сжатие, и подвесками, испытывающими растяжение.
В прошлом веке для мостов применялись так называемые рас-
косные решетки: с восходящими (от опор к середине) и с нисходя-
щими раскосами. Первая (со сжатыми раскосами) получила большее
распространение для деревянных ферм; вторая, раскосы в которой рас-
тянуты, применялась для металлических мостов.
В XX в. раскосные решетки были вытеснены треугольными (схемы
3 и 4), предложенными в конце XIX в. проф. Л Д. Проскуряковым.
Быстрому распространению ферм с треугольными решетками спо-
собствовали простота их изготовления и монтажа, малое число узлов
и минимальная масса. По сравнению с раскосной решеткой при прочих
равных условиях (одинаковые пролет, высота ферм и панель) фермы
с треугольной решеткой оказываются легче за счет вертикальных
элементов: при езде понизу (схема 3) стойки являются нулевыми эле-
ментами, т. е. в них не возникают усилия от поездной вертикальной
нагрузки, а подвески работают только на местную нагрузку (длина
их линии влияния составляет только две панели). При раскосной ре-
шетке (схема 1) все вертикальные элементы работают на подвижную
нагрузку, а длина их линий влияния равна длине пролета, в связи
с чем их площадь и усилия в стойках раскосных решеток оказываются
большими, чем для вертикальных элементов треугольных решеток.
- Фермы с треугольными решетками являются в настоящее время
наиболее распространенными: при езде понизу применяется, как пра-
вило, схема 3 без элементов ab и Ьс, а при езде поверху— схема 4 тоже
без элементов ab и ас.
Простые раскосные, а также более старые — многораскос-
ные 5 и многорешетчатые 6 системы не применяются
292
теперь вследствие сложности и трудоемкости их изготовления и мон-
тажа, большого числа узлов элементов, излишняя гибкость которых
вызывает нежелательную вибрацию и расстройства узловых соеди-
нений.
Полураскосная решетка (схема 7) получается тяжелее
треугольной, но удобна для сохранения оптимального угла наклона
раскосов при большой высоте ферм и малой длине панели. Для главных
ферм она теперь не применяется, но может оказаться рациональной для
продольных связей широких (двухпутных) мостов.
В течение первой половины XX в. применялись различные ром-
бические решетки. В общем случае ферма с ромбической решеткой
8 геометрически изменяема; она становится неизменяемой, если по-
ставить замыкающий элемент тп. Ферма по схеме 9 отличается от нее
своими опорными концами и является статически неопределимой.
Она называется двухрешетчатой и получается наложением двух про-
стых треугольных решеток (без стоек и подвесок).
Основными недостатками этих двух систем являются неудобство
прикрепления поперечных балок в цижних узлах (схема 8), боль-
шое число узлов и элементов, сложность монтажа ромбических си-
стем, являющихся изменяемыми до постановки замыкающего эле-
мента.
Для удобства постановки поперечных балок акад. Г. П. Переде-
рием предложены короткие подвески в ромбической' решетке (схема
10), благодаря чему ферма становится неизменяемой при работе на
вертикальную нагрузку, но трудности монтажа остаются. Избежать
их (зубчатый профиль узлов и др.) не удалось и в решении по схеме 11
(предложенной в 1944 г. институтом Проектстальконструкция).
Таким образом, одной из лучших решеток сейчас является тре-
угольная без шпренгелей при пролетах под железную дорогу до 110 м
и со шпренгелями (схема 12), позволяющими сохранить оптимальный
угол наклона раскосов без увеличения длины панели при увеличении
высоты фермы при больших
пролетах (свыше 120 м).
Нижние шпренгели рацио-
нальней верхних, так как
увеличивают усилие в ниж-
них (растянутых) поясах, а
не в верхних (сжатых) и поз-
воляют понизить центр дав-
ления поперечного ветра.
Для уменьшения свободной
длины сжатых поясов под-
вески шпренгелей продол-
жают в виде стоек до Верх-
него пояса, а для умень-
шения свободной длины
стоек и подвесок ставят го-
ризонтальные стяжки (схе-
ма 12),
'IZI/I/XNN
г«ы\1х/1/и
iMWlN >tXXXXXXl
<N/r\m/i "кхххххл
Рис 234 Схемы решеток главных ферм:
293
Основные размеры ферм и принципы их унификации. К основным
размерам ферм, влияющим на технические и экономические характе-
ристики пролетных строений, относятся пролет, высота, длина панели,
угол наклона раскосов, расстояние между осями ферм. Эти размеры
желательно унифицировать для удобства изготовления и монтажа
пролетных строений, причем необходимо удовлетворить одновремен-
но ряду технико-экономических критериев. Так, например, типовые
проекты металлических пролетных строений должны отвечать следую-
щим основным требованиям:
минимальный расход металла;
минимальная трудоемкость изготовления;
минимальные трудоемкость и продолжительность монтажа;
минимальные эксплуатационные расходы при полном обеспечении
прочности, устойчивости, выносливости, жесткости, надежности и
долговечности конструкции.
Одновременное выполнение всех этих требований, составляющих
основу принципов проектирования советской школы металлических
конструкций, сталкивается, при обеспечении принципов стандар-
тизации и унификации основных размеров ферм, с рядом внутренних
противоречий, заставляющих искать компромиссные решения. При-
менение для этого унифицированных типовых проектов позволяет
снизить трудоемкость изготовления и монтажа и облегчает замену
пролетных строений или восстановление мостов.
Высота ферм определяется следующими условиями:
минимальная масса фермы; достаточная жесткость, при которой не
превышается допускаемый при эксплуатации прогиб; обеспечение
габарита приближения строений (при езде понизу) или строительной
высоты пролетного строения (при езде поверху); производственные
и архитектурные соображения.
' С увеличением пролета приходится увеличивать высоту ферм для
восприятия растущего изгибающего момента и обеспечения требуемой
жесткости. При увеличении высоты ферми постоянном пролете умень-
шаются усилия в поясах и масса поясов, (рис. 235, кривая 2), но
увеличивается суммарная
Рис. 235. Расход металла на главные фермы:
/ — на пояса; 2 — на решетку (раскосы и стойки);
3 — суммарный
длина решетки и ее масса
(рис. 235, кривая 2).
Существует оптимальная
высота, при которой суммар-
ная масса ферм минимальна.
Для мостов из малоуглероди-
стой стали минимум массы со-
ответствует высоте около 1/6
пролета, причем при измене-
нии высоты от 1/7 до 1/5 про-
лета масса ферм меняется не-
значительно (около 5—7%).
В этих же пределах находится
минимум массы ферм из низ-
колегированной стали.
294
Для каждой марки стали оптимальная высота ферм может быть оп-
ределена или аналитически (записывая суммарную массу поясов и ре-
шетки и приравнивая нулю производную массы ферм по их высоте),
или путем пробных проектировок (задаваясь высотой ферм и подсчи-
тывая их массу по спецификации металла).
На условие минимума массы ферм накладываются ограничения:
требуемой жесткости, габарита (до контактного провода с учетом воз-
можности постановки верхних поперечных связей между фермами)
и др.
Условие обеспечения жесткости (прогиб сквозных ферм не должен
превышать 1/800 пролета) для железнодорожных мостов из углеро-
дистой стали класса С38/23 выполняется при высоте ферм около 1/6
пролета, т. е. при оптимальной высоте по минимуму массы.
При проектировании ферм из низколегированной стали класса
С50/35 сечения элементов уменьшаются и для обеспечения требуемого
прогиба приходится увеличивать высоту ферм, но еще в экономичной
области. Для высокопрочных сталей класса С100/80 и алюминиевых
сплавов средней прочности класса А38/23 ограничение по прогибу за-
ставляет увеличивать высоту ферм почти до 1 : 4 пролета, что выходит
уже из экономичной области по условию минимума массы и ведет к не-
которому увеличению расхода металла.
Следовательно, каждому пролету соответствует оптимальная или
близкая к ней высота ферм (с учетом ограничений по прогибу, габа-
риту и др.). По условию подвески контактного провода (6,5 м от го-
ловки рельсов) и размещению верхних связей высота ферм при езде
понизу (между осями поясов) получается не менее 8,5 м для железно-
дорожных и не менее 6 — 6,5 м для автодорожных и городских мостов.
Высота ферм может изменяться по пролету при полигональном
очертании верхнего или нижнего поясов. Однако это дает 2 — 3% эко-
номии массы и заметно только при больших пролетах (более 80 —
100 м). Поэтому, учитывая желательность стандартизации узлов и удоб-
ство навесного монтажа (сборочный кран передвигается по верхнему
поясу ферм), целесообразнее проектировать фермы железнодорожных
мостов с параллельными поясами.
Длина панели ферм влияет на массу проезжей части
и всего пролетного строения: чем меньше панель, тем легче продольные
и поперечные балки, но число поперечных балок увеличивается. Наи-
выгоднейшая по массе проезжей части длина панели для железнодорож-
ных мостов составляет 5 — 5,5 м; однако это приводит к частому рас-
положению узлов, а при больших пролетах и высоте ферм — к невы-
годному углу наклона раскосов и увеличению их длины и массы решет-
ки. Поэтому, с точки зрения общей массы фермы, наиболее целесооб-
разна длина панели 8 — 8,5 м.
Угол наклона раскосов к вертикали также влияет
на массу фермы: с уменьшением угла уменьшаются длина раскоса
и его свободная длина в расчетах устойчивости, т. е. уменьшаются его
сечение и масса, но общая длина раскосов увеличивается. Минимум
массы решетки обеспечивается при угле около 40°. При слишком ост-
рых или тупых углах возрастает масса узловых фасонок, узлы полу-
295
чаются неконструктивными, поэтому желательно принимать угол на-
клона раскосов к вертикали 30 — 50°.
Высота ферм, длина панели и угол наклона раскосов взаимно свя-
заны. Выбор двух из этих параметров обусловливает величину треть-
его. С увеличением пролета желательно увеличивать высоту ферм
до оптимальной по расходу металла, но сохранять оптимальными и не-
изменными длину панели и угол наклона раскосов. Применение полу-
раскосных и шпренгельных решеток не всегда спасает положение, так
как увеличиваются число раскосов и узлов, трудоемкость изготовле-
ния'и общая масса фермы.
Расстояние между осями ферм при езде понизу
определяется габаритом приближения строений и требованиями го-
ризонтальной жесткости, но зависит и от высоты ферм (с ее увели-
чением растет ветровая поверхность, и может потребоваться раздвиж-
ка ферм для обеспечения устойчивости против опрокидывания ветром).
По условию Горизонтальной жесткости расстояние между осями ферм
следует назначать не менее 1/20 — 1/25 пролета при езде понизу и не
менее 1/16— 1/20 — при езде поверху; при этом горизонтальные ко-
лебания ферм и рельсов под проходящим поездом еще не являются
опасными.
По условию габаритности для однопутных железнодорожных про-
летных строений расстояние между осями ферм требуется не менее
5,5 м, для двухпутных — не менее 9,6 м.
При езде поверху расстояние между осями крайних ферм (или ба-
лок) определяется в основном расчетом устойчивости против опроки-
дывания ветром и требованиями горизонтальной жесткости.
Производственные условия изготовления и монтажа пролетного
строения также должны учитываться при выборе геометрической схе-
мы ферм. Удобнее иметь меньшее число элементов и узлов, простую
схему решетки (например, треугольную), меньшее число монтажных
фасонок, накладок, заклепок, болтов, меньшее число переломов поясов
(параллельные пояса лучше полигональных), а также меньшее число
стандартных кондукторов для изготовления отверстий в элементах
и фасонках для постановки болтов в узлах. Поэтому геометрическая
схема узлов и рисунок расстановки болтов (заклепок) должны быть
унифицированными.
В связи с невозможностью выполнить стандартными геометри-
ческие размеры ферм для всех пролетов в современном проектирова-
нии принято компромиссное решение — геометрические размеры ферм
принимаются стандартными в пределах группы (серии) пролетов, а
число групп сводится к минимуму. Это позволяет использовать одни
и те же кондукторы для изготовления всех пролетных строений одной
серии и унифицировать изготовление продольных и поперечных балок,
заготовку частей для элементов ферм и другие операции, а также стан-
дартизировать оборудование для монтажа. При этом применяются
стационарные и накладные кондукторы.
При проведении стандартизации большое значение имеет уста-
новление единой градации расчетных пролетов типовых пролетных
строений.
296
л g § £ Схемы ферм Масса металла , т
клепаны* Ст.Зм клепано сборных м16с клепаных из стали151СНр белто-свар ИЫГ15ХСНД
33,0 (33,8) Д1Л\|/|\ 6=5,6м 95,97 89,6 — 78,8
г 99,0 1 м ---- 133,52 129,05 - 1О6,2~
55,0 as) ЛИ\1/1\И\И\ L 10*5,5 185,95 177,11 152,8 139,5 *
66,0 ШЛЖЯА 8*8,25 232,6 317,08 199,6 179,8
Н 77,0 309,8 — 337,7
88,0 (87,53) И АИ\И\И\ ъ~5>8и Ц0\ I с 6*11.0 1 1 11.0 , /W (10,75) 393,5 351,1 337,8 305,6
110,0 81 /ГЖШ1А 582,6 - | 987,9 939,7
127,Ь — — 690,6
w — 195,6 — - 805 —
L 1б^о,1 J •
Рис. 236. Схемы ферм типовых пролетных строений проектировки Гипрбтрансмо-
ста.
Примечан ие. Для пролетных строений из углеродистой стали приведен
полный расход металла по основным типам (включая вес опорных частей, мосто-
вого полотна и смотровых приспособлений); из стали Д5ХСНД— только вес
пролетного строения ч
Первые типовые металлические железнодорожные пролетные строения,
предложенные в нашей стране проф. Н. А. Белелюбским в 1884 г., имели двух-
раскосную решетку (по схеме 5 рис. 234) и пролеты от 53,5 до 106,68 м с интер-
валом (модулем) 10,67 м (5 саженей).
При составлении в 1924 — 1925 гг. первых советских типовых проектов
стальных пролетных строений со сквозными фермами были приняты метрические
меры с модулем 10,67 — 11м; здесь взяли за основу величины расчетных про-
297
ЛёТой, наиболее часто встречающихся в Существующих мостах. Это позволило
заменить старые пролетные строения новыми типовыми без существенной рекон-
струкции опор. Однако в этих проектировках единой модульной системы пол-
ностью ввести не удалось.
В 1944 —- 1945 гг. институтом Проектстальконструкция (ныне
ЦНИИ ИСК) были предложены две серии типовых проектов с длиной панели 5,5 м
и расчетными пролетами, кратными модулю И м: первая —с пролетами от 33 до
66 м с треугольной решеткой по схеме 3 (см. рис. 234) и высотой 8,5 м и вторая —
с пролетами от 77 до НО м высотоД 14 м, с решеткой по схеме 11. Эти пролетные
строения широко применялись в послевоенном восстановлении.
В- 1953 — 1955 гг. институтом Гипротрансмост были разработаны типовые
проекты унифицированных стальных пролетных строений под железную дорогу
с разбивкой на 3 серии (рис. 236): первая—с пролетами 33,44 и 55 м, вторая —
66 и 77 м, третья — 88 и НОм; позднее были запроектированы пролетные строе-
ния, условно относимые нами к четвертой серии—127,4 и 145,6 м. Эти пролетные
строения имеют соответственно высоту 8,5; 11,25; 15 и 21 м, длину панели 5,5;
8,25; 11,0 и 9,1 ми расстояние между осями ферм 5,6; 5,7; 5,8 и 7 м. Они отли-
чаются близким к оптимальному расходом металла, простотой изготовления
и монтажа и позволяют применять их для замены старых пролетных строений
при реконструкции мостов и постройке вторых путей. Для этого крайние па-
нели ферм первой и третьей серий могут быть заменены нетиповыми (на рис. 236
Вид А
Рис 238 Двухпутный железнодорожный мост через Рейн у Гермерсхайма (ФРГ):
а _ фасад, б — поперечный разрез, в — устройство проезжей части
указаны в скобках). В 1965 — 1967 гг. они были перепроектированы под на-
грузку С14 и по требованиям главы СНиП II —Д. 7—62.
В 1970 — 1972 гг. этим же институтом были разработаны на основе III се-
рии типовые проекты неразрезных болто-сварных пролетных строений проле-
тами 2 X НОм, ПО + 132 + ПО м, 2 X 132 м и 132 + 154 + 132 м с высотой
главных ферм 15 м и длиной панели 11 м для обычного и «северного» исполнения.
Особенностью этой проектировки является почти полная унификация элементов
III серии и неразрезных пролетных строений, что снижает стоимость их изготов-
ления. Эти неразрезные пролетные строения отличаются уменьшенным расхо-
дом металла и значительным упрощением навесного монтажа. Их важным пре-
имуществом является возможность применения в железнодорожных мостах низ-
колегированной стали класса 50/35 марок 15ХСНД, 14Г2СД и др при обеспе-
чении нормы прогиба около 1 : 667 пролета (1.: 800, увеличенная на 20%) и пол-
ном использовании расчетных сопротивлений в элементах ферм Норму прогиба
1 : 800 не удается обеспечить для разрезных железнодорожных пролетных строе-
ний из, стали повышенной прочности при полном использовании расчетных со-
противлений. Эта норма может явиться тормозом технического прогресса, так
как препятствует внедрению легированных сталей.
Для повышения жесткости пролетных строений требуется разработка новых
конструктивных форм и применение предварительного напряжения (регулиро-
вания усилий), позволяющего создать новые, более жесткие системы
(см. рис. 233).
К числу новых конструктивных форм пролетных строений, обладающих
повышенной жесткостью, можно отнести комбинированные системы с жестким
нижним поясом (рис. '237). Такие системы имеют раздельные жесткие пояса, вхо-
дящие в состав главных ферм, рассчитываемых как плоские (а, б, в) или со сплош-
ным листом мостового полотна (г), включенным в сечение балок проезжей части
и нижних поясов главных ферм. Такие пролетные строения, имеющие общий же-
сткий нижний пояс, рассчитывают как пространственные системы. Пролетные
строения со стальным листом мостового полотна могут быть неразрезными, на-
пример мост Гермерсхайм в ФРГ (рис. 238), или иметь «узкий» лист мостового
полотна шириной 2,5 — 3 м (предложение МНИТ).
299
При создании новых конструктивных форм болто-сварных пролет-
ных строений приходится считаться с двумя противоречивыми обстоя-
тельствами. Первое — применение треугольных решеток без стоек и
подвесок—приводит к увеличению свободной длины раскосов, а умень-
шение ее путем снижения высоты ферм ведет к превышению нормы
прогиба, особенно для ферм из легированных сталей; эту проблему
решает применение комбинированных систем с жестким нижним поя-
сом. Второе--для уменьшения свободной длины раскосов можно ис-
пользовать шпренгели, но они увеличивают число узлов и усложняют
трудоемкость ^изготовления болто-сварных конструкций; эта задача
решается путем выбора оптимальных размеров панелей и угла наклона
раскосов.
Поперечные сечения элементов ферм изменялись по мере роста
нагрузок, возможностей заводского изготовления, увеличения мощ-
ности ферм и повышения жесткости их элементов: от одностенчатых
в старых мостах к Н-образным для ферм малых пролетов и коробча-
тым для пролетов 66 м и более. Одностенчатые элементы (рис. 239),
имеющие недостаточную жесткость относительно оси стенки, но поз-
воляющие прикреплять к-поясам легкие раскосы без специальных
фасонок, уступили в XX в. место двухстенчатым — более жестким,
мецее подверженным вибрациям и более приспособленным для разви-
тия площади их поперечного сечения и постановки заклепок (болтов)
в узлах (рис. 240). Сечения элементов ферм должны быть простыми,
состоящими из меньшего числа частей для уменьшения числа соеди-
нений и расхода металла; удобными для изготовления на заводе и
сборки на месте, а также для осмотра и окраски элементов в период
эксплуатации.
Основными типами элементов мостовых ферм являются Н-образные
и коробчатые (см. рис. 240); в клепаных фермах различают коробчатые
сечения с уголками, повернутыми наружу (рис. 240, а, в), и с угол-
ками, повернутыми внутрь коробки (рис. 240, д, е).
Сварные сечения составляют только из листов, причем
желательно делать более мощные вертикальные стен-
ки, а горизонтальный лист ставить для связи обеих
ветвей сечения, что особенно необходимо в сжатых
элементах для их устойчивости.
Клепаные элементы составляют из листов и угол-
ков. В растянутых элементах уголки (ветви элемента)
могут быть соединены планками или перфорирован-
ным листом.
Н-образные сечения отличаются простотой изго-
товления: сварные элементы сваривают двухдуговым
автоматом, что резко снижает трудоемкость работ;
в клепаных элементах все отверстия для заклепок
или болтов сверлят на объемлющих стационарных
кондукторах, a все заводские заклепки можно по-
ставить машинным способом на скобе.
Недостатками Н-образных элементов являются
опасность коррозии поясов ферм (в образовавшемся
300
L
Рис. 239. Одно-
стенчатые пояса
(верхний и ниж-
fn) у) р)
элементов клепаных и сварных ферм
Рис. 240. Современные сечения элементов клепаных и сварных ферм
а, в, д, е, м, п, с, т, у, ф — коробчатые; б — тавровые; г, ж, з, р — Н образные; и, к, л,
н, о — двутавровые, 1 ~ соединительные элементы; 2 — перфорированный лист
корыте скапливаются вода, снег и грязь, несмотря на дренажные
отверстия в листе диаметром 50 мм для отвода воды), непрямое пере-
крытие стыка (поскольку в стыке площадь сечения элемента перекры-
вается обычно только вертикальными накладками, что ведет к мест-
ным перенапряжениям металла при переходе усилия из горизонталь-
ного листа в вертикальную накладку и снова в лист), а также труд-
ности развития поперечного сечения (особенно для увеличения мо-
мента инерции относительно горизонтальной оси), ограниченного
местной устойчивостью свесов (выступающих частей) вертикальных
листов. Поэтому Н-образные сечения применяют в фермах железно-
дорожных мостов малых пролетов (менее 66 м).
Коробчатые сечения отличаются большой изгибной жесткостью,
поэтому выгодны для сжатых и длинных элементов (сжатые пояса,
раскосы). Их достоинствами являются рациональное использование
металла в сечении и удобство развития сечения посредством добав-
301
ления вертикальных листов (в клепаных) или утолщения этих листов
(в сварных элементах). Поэтому коробчатые сечения применяют в фер-
мах больших пролетов.
Возможно и смешанное решение: часть элементов делают Н-образ-
ного сечения (растянутые раскосы, подвески), а другую часть — ко-
робчатого (сжатые пояса, сжатые раскосы).
Для нижних поясов применяют сечения, удобные для прикрепле-
ния поперечных балок в узлах (см. рис. 240, е, с, у), для верхних (сжа-
тых) поясов—сечения с наибольшим радиусом инерции, для раскосов—
типов е, у, ф для сжатых и типов ж, з, р—для. растянутых раскосов.
Сжатые стойки обычно применяют типов м, п, з, и, растянутые под-
вески — типов н, о, р.
При выборе типа сечения необходимо учитывать трудоемкость из-
готовления элемента и возможность его сварки или клепки на заводе
(см. главу XXII). Для сверления отверстий под болты или заклепки
по концам элементов (в узлах) применяют стационарные кондукторы
с шагом отверстий, равным 80 мм. Заклепки на заводе желательно
ставить машинным способом на прессах (так называемых скобах),
имеющих электрический или пневматический привод и развивающих
усилие 60 — 80 тс. При этом нужно учитывать, что Н-образные и ко-
робчатые элементы с уголками наружу могут быть склепаны на скобе
полностью, включая соединительную решетку между ветвями. Для
коробчатых элементов с уголками внутрь эту решетку прикреплять
на скобе не удается и здесь приходится применять ручную клепку
молотками.
Сверление отверстий для монтажных заклепок на стационарных
кондукторах простейшего типа при поперечном сечении с уголками
наружу невозможно. В этом случае отверстия или сверлят по наклад-
ным кондукторам с предварительным образованием маячных отверстий
на пространственном кондукторе, или применяют бездырную сборку
в кондукторах (см. главу XXII).
При оценке различных типов сечений элементов ферм следует так-
же Принять во внимание и влияние допусков в толщине металла на
точность изготовления элементов. В элементах, имеющих Н-образные
и коробчатые с уголками внутрь сечения, необходимо точно выдер-
живать расстояние между наружными гранями элемента; при короб-
чатых сечениях с уголками наружу — расстояние в свету внутри ко-
робки.
Основные размеры поперечного сечения элементов ферм — высота
и ширина — диктуются наиболее выгодным использованием металла
и некоторыми конструктивными и производственными соображениями.
Для наиболее сильно сжатых элементов — в средних панелях верхнего
пояса и в опорных раскосах — желательно иметь примерно равные
гибкости в плоскости фермы и из плоскости фермы, т. е. при равных
свободных длинах примерно одинаковые моменты инерции сечения
относительно двух главных осей. Этим условием, а также производст-
венными соображениями (см. главу XXII) будет определяться опти-
мальное расстояние между ветвями элемента (ширина коробчатого
сечения).
302
При назначении ширины элементов необходимо обращать внимание
на расположение фасонных листов в узлах фермы относительно при-
крепляемых к ним элементов. Нужно обеспечить удобное перекрытие
стыков элементов поясов, имеющих разное число вертикальных ли-
стов или разную их толщину. Для выполнения этого условия расстоя-
ние между узловыми фасонками в свету, как правило, должно быть
одинаковым во всех узла^, а значит, и соответствующие размеры эле-
ментов решетки (наружные или внутренние в зависимости от типа
сечения) должны быть одинаковыми. Элементы поясов соединяют с ис-
пользованием в некоторых узлах прокладок. При этом толщина пакета
листов (включая стыковые накладки, фасонки и полки уголков) для
удовлетворительного выполнения клепки не должна быть более вели-
чин, указанных в § 1 гл. XVIII (ст;р. 273).
Для всех сжатых стержней должны быть выполнены требования
допускаемого соотношения между толщиной пакета и расстоянием
между ближайшими рисками заклепок, прикрепляющих пакет к угол-
кам, а также соотношения между толщиной листа или пакета и расстоя-
нием от неокаймленного края одиночного листа или пакета до ближай-
шей риски заклепок. Эти требования обеспечивают местную устой-
чивость пакета листов (см. указания или действующие нормы).
Элементы клепаных стальных пролетных строений и их детали
должны составляться из листов и уголков, наименьшие размеры ко-
торых ограничены условиями сопротивляемости ржавлению и воз-
можности постановки заклепок достаточного диаметра, а также и дру-
гими конструктивными требованиями. Листы должны иметь толщину
не менее 10 мм, уголки в основных элементах — калибр не менее
100 + 100 X 10 мм. Наибольшую толщину проката в клепаных кон-
струкциях рекомендуется применять не более 20 мм.
Размеры поперечных сечений элементов ферм должны соответст-
вовать габаритным размерам оборудования, на котором они изготов-
ляются (скоба, кондуктор и др.).
ч Коробление сварных сечений уменьшается при сварке их двухду-
говым автоматом; однако, чтобы пропустить автомат внутри короб-
чатого сечения, оно должно иметь внутренние размеры не менее 440 X
X 460 мм.
В сварных элементах вместо соединительных планок или решетки
применяют перфорированные листы. В последнее время во избежание
проникновения влаги внутрь коробчатых элементов стали применять
глухие диафрагмы; Эа рубежом их приваривают изнутри поперек оси
элемента по его концам или сводят, плавно горизонтальные листы
к оси элемента; в нашей стране замкнутую полость внутри элемента
образуют, устраивая подковообразные диафрагмы по концам эле-
мента; этот прием позволяет избежать опасной концентрации напря-
жений и образования трещин в сварных элементах.
Площадь поперечного сечения элементов поясов увеличивают от
концов фермы к ее середине путем утолщения листов при постоянной
высоте поясов. Разность толщин стыкуемых в узле листов не должна
быть меньше 4 мм. Толщина листов в сварных элементах не должна
превышать 50 мм для углеродистой стали и 40 мм для легированных
303
Рис. 241. Компенсаторы ослабления:
сталей; желательно применять листы не толще 30 — 32 мм, так как
при большой толщине проката труднее обеспечить требуемые для ме-
талла механические характеристики (при толщинах более 32 мм пре-
делы текучести для некоторых марок сталей снижаются на 2 —
5 кгс/мма); но и сваривать листы в пакеты тоже не следует. Гиб-
кость поясов главных ферм и сжатых (сжато-растянутых) элементов
решетки не должна превышать 100, а растянутых элементов решетки
и элементов, не работающих на временную вертикальную нагрузку, —
150.
Наличие отверстий для монтажных заклепок или болтов приводит
к необходимости учета преимущественно в растянутых элементах
ослабления сечения элемента при его подборе и заставляет делать свар-
ные элементы с такой же площадью поперечного сечения, как и кле-
паные. Чтобы получить снижение массы болто-сварных или клепано-
сварных пролетных строений по сравнению с клепаными, можно при-
менить на концах элементов так называемые компенсаторы. При этом
вертикальные листы в месте примыкания элемента к узлу заменяют
другими, обычно большей толщины, с таким расчетом, чтобы площадь
поперечного сечения элемента в узле с учетом ослабления была равна
площади его поперечного сечения вне узла.
Компенсаторы ослабления можно устраивать с утолщением внутрь
элемента (рис. 241, а) и с утолщением в наружную сторону (рис. 241, б).
В первом случае можно сохранить одинаковое расстояние между на-
ружными плоскостями всех элементов при разной толщине листов ком-
пенсатора, что удобно для сверления отверстий на стационарных двух-
плоскостных кондукторах, но требует вырезки соединительного листа;
во втором случае неудобство исключается, но для возможности свер-
ления отверстий на одном стационарном кондукторе при такой кон-
струкции необходимо иметь во всех узлах компенсаторы одинаковой
толщины (при одинаковой ширине перпендикулярных к вертикальной’
плоскости листов), что приводит к некоторому перерасходу металла по
сравнению с первым способом. Устройство компенсаторов как накла-
304
док (рис. 241, в) с приваркой валиковыми швами требует специаль-
ного расчета для обеспечения вибрационной прочности таких соеди-
нений.
Хотя применение компенсаторов и позволяет получить некоторую
экономию металла, но усложняет производственный процесс, так как
появляется много ответственных швов в стыках компенсаторов с ос-
новными элементами. При этом стыковании часто, наблюдается ко-
робление концов элемента. Поэтому целесообразность использования
компенсаторов должна быть тщательно проверена экономическими под-
счетами и оправдана соответствующей технологией сварки, исключаю-
щей недопустимые деформации элементов.
Связи между ветвями элементов ферм выполняют из уголков, пла-
нок или перфорированных листов. Эти соединительные элементы объе-
диняют обе ветви в единый стержень, что особенно важно для повы-
шения устойчивости сжатых стержней.
Простое по конструкции соединение планками (рис. 242, а), объе-
диняющими ветви элемента, не обладает большой жесткостью. По-
этому планки применяют только в растянутых клепаных стержнях
и сжатых стержнях легкого сечения.
Рис. 242. Соединительные элементы в стержнях ферм:
а — планки; б — из полос; в — из уголков; г — перфорированные листы; д — приклепанные
диафрагмы; е — приваренные диафрагмы; 1 концевая планка; 2 —диафрагма; 3 —перфо-
рированный лист
305
В сжатых и сжато-вытянутых элементах соединительные планки
ставят по расчету на условную поперечную силу, придавая им для
обеспечения местной устойчивости толщину не менее V45 расстоя-
ния между ближайшими рисками заклепок, прикрепляющих планки
к уголкам. Толщина планок должна быть не менее 10 мм в основных
элементах железнодорожных пролетных строений. Размер планок вдоль
оси элементов а (см. рис. 242) как в сжатых, так и в растянутых эле-
ментах делают не менее 0,75 Ь. Расстояние между крайними заклеп-
ками планок в растянутых элементах конструктивно назначается обыч-
но равным 2 Ь. Вблизи концов элементов рекомендуется ставить план-
ки, имеющие длину (вдоль оси элемента) в сжатых и сжато-вытянутых
элементах в 1,7 раза, а в растянутых — в 1,3 раза большую, чем
длина промежуточных планок.
Концевые планки ставят возможно ближе к узлу, но так, чтобы не
мешать производству работ по клепке в узле. Назначение концевых
планок, кроме соединения ветвей, — выравнивать усилия в ветвях
элемента, а также погашать моменты от внецентренного прикрепленця
ветвей элементов к узловым фасонкам.
Соединительная решетка из уголков и полос менее удобна в изго-
товлении, более трудоемка, поэтому в современном проектировании
почти не применяется.
Решетка может быть образована уголками, повернутыми полками
в разные стороны, или с полками, обращенными в одну сторону.
Угол между диагоналями соединительной решетки и осью эле-
мента должен быть при двойной решетке не менее 45°, а при одиночной—
не менее 60°. Элементы решетки делают из уголков не менее 63 + 63 X
X 6 мм. Следует по возможности стремиться к центрированию при-
крепления диагоналей решетки: оси сходящихся диагоналей и ось
ветви элемента должны пересекаться в одной точке.
Применение перфорированных листов (рис. 242, г) в клепаных эле-
ментах целесообразно в тех случаях, когда число заклепок для прикреп-
ления планок по рис. 242, а/а вследствие этого и ширина планок ста-
новятся чрезмерно большими.
В сварных элементах железнодорожных пролетных строений при-
менение соединительных планок и решетки не допускается (за исклю-
чением слабо работающих элементов связей) вследствие концентрации
напряжений в местах приварки планок или соединительной решет-
ки и опасности появления здесь усталостных трещин. Для соедине-
ния ветвей сварных элементов железнодорожных пролетных строе-
ний следует применять только перфорированные или сплошные
листы.
Перфорированный лист обеспечивает хорошую связь между вет-
вями элемента и включается частью своей площади (за вычетом от-
верстий) в его рабочее сечение. Если сечение замкнуто со всех сторон
и не изолировано от проникновения внутрь влаги, по крайней мере один
из листов должен иметь перфорацию шириной не менее 250 мм для воз-
можности окраски металла.
Кроме соединительной решетки или планок, соединяющих ветви
вдоль оси элемента, между ветвями ставят еще поперечные диафраг-
306
мы — листы толщиной 8 — 10 мм, прикрепляемые уголками и заклеп-
ками в клепаных элементах (рис. 242, д) или (за рубежом) сварными
швами в сварных (рис. 242, е).
Диафрагмы служат для неизменяемости поперечного сечения сжа-
тых элементов против перекосов по диагонали, а также во всех короб-
чатых элементах ферм для неизменяемости формы сечения элементов
при изготовлении на заводе, перевозке, погрузке и монтаже.
В сжатых элементах ферм диафрагмы ставят у концов элемента
и через 3 м по его длине; в растянутых элементах — у концов, воз-
можно ближе к узловым фасонкам.
§ 2. Проезжая часть железнодорожных пролетных строений
Обычная проезжая часть пролетных строений с ездой понизу состоит
из мостового полотна, продольных и поперечных балок, а также про-
дольных и поперечных связей между продольными балками.
Конструкция балок проезжей ч'асти мало отличается от описанной
в § 1 гл. XVIII конструкции главных балок. Сварные продольные и по-
перечные балки представляют собой сварной двутавр из вертикаль-
ного и горизонтальных листов. Клепаные балки имеют вертикальный
лист не тоньше 10 мм, четыре уголка не менее 100 + 100 X 10 мм;
при деревянных мостовых брусьях обязательно имеется верхний го-
ризонтальный лист сечением не менее 240 X 10 мм.
В однопутных мостах высоту балок проезжей части из удобства их
прикрепления в одном уровне принимают одинаковой, равной опти-
мальной высоте продольной балки — около 1 : 6 ее пролета. В двух-
путных пролетных строениях поперечная балка получается мощнее
и выше продольной, которая прикрепляется к поперечной при помощи
нижнего «столика», необходимого для выравнивания высот балок и пе-
репускания усилия. При этом горизонтальные листы сварной попереч-
ной балки утолщаются к ее середине в соответствии с эпюрой изгибаю-
щих моментов.
Прикрепление продольных балок к поперечным проектируют ис-
ходя из условий передачи поперечной силы и опорного момента, ко-
торый является следствием фактической (хотя и неполной) неразрез-
ности продольных балок. Поперечная сила передается уголками при-
крепления, а опорный момент — накладками («рыбками»). Прикрепле-
ние продольных балок к поперечным по типовому проекту пролетных
строений II серии (Гипротрансмост) показано на рис. 243. Одинаковая
высота балок позволяет поставить на высокопрочных болтах верхнюю
и нижнюю горизонтальные накладки, воспринимающие опорный мо-
мент (так называемые «рыбки», поскольку в прошлом веке их проекти-
ровали рыбообразного очертания).
Для прикрепления продольных балок их стенки вклепывают между
парными уголками, которые другими своими полками прикрепляют
(монтажными заклепками в клепаных и фрикционными болтами в свар-
ных конструкциях) к стенке поперечной балки. Через эти уголки и
прикрепляющие их заклепки (болты) передается поперечная сила
307
(опорная реакция продольной балки). Верхнюю и нижнюю кромки
вертикального листа клепаной продольной балки скашивают, а в свар-
ных балках делают выкружки, уменьшающие концентрацию напря-
жений.
Между продольными балками в плоскости их верхних поясов долж-
ны быть устроены продольные связи. Через 4 — 5 м ставят попереч-
ное связи (рис. 244). Продольные и поперечные связи и^еют такую же
Рис. 243 Конструкция сварных продольных балок, связи между ними и прикреп-
ление к поперечным балкам по типовому проекту Гипротрансмоста (II серия):
а — крайняя панель (разрез пр ори вдоста), б — разрез Д—Л; в — вид сверху на продольную
балку
308
конструкцию, как и в.про-
летных строениях со
сплошными главными бал-
ками.
Между мостовыми
брусьями и фасонками свя-
зей следует иметь достаточ-
ный зазор (3 — 4 см) для
того, чтобы мостовые
брусья не нажимали при
прогибе на фасонки эле-
ментов связей между про-
дольными балками. Для
этого между горизонталь-
1900
Рис 244. Поперечные связи между продольны-
ми балками
/—фасонка 6 = 10 мм; 2 — уголки связей 80 +80Х
ХЮ мм, 3 — листовой шарнир 6=10 мм*
ными полками уголков кле-
паных продольных балок и
фасонками связей преду-
сматривают прокладки.
Нижняя фасонка в среднем
узле поперечных связей (см. рис. 244) выпущена вниз и используется
для подвешивания к поперечным связям диагоналей продольных свя-
зей между фермами (листовой шарнир).
При монтажных соединениях на фрикционных болтах продольные
связи между продольными балками целесообразно расположить в не-
сколько пониженном уровне, прикрепляя диагонали связей к фасон-
кам, прикрепленным болтами через уголки к стенкам балки
(см. рис. 243 и 245). При такой конструкции гайки болтов не будут
мешать укладке мостовых брусьев.
Если продольная балка ниже поперечной, то для выравнивания
их высот и перетекания усилия применяется прикрепление при помощи
верхней «рыбки» и «столика» (рис. 246). В этой конструкции «столики»
соседних продольных балок соединены в уровне низа поперечной бал-
ки накладками — «рыбками», что совместно с верхней «рыбкой»' более
соответствует передаче опорного момента, чем прикрепление без ниж-
них «рыбок».
Поперечные балки прикрепляют к главным фермам (рис. 247) обыч-
но при помощи вертикальных уголков и угловых фасонок, нижние
кромки которых посредством горизонтальных уголков прикрепляют
к верхнему поясу поперечной балки. Нижние пояса поперечных балок
соединяют с фасонками продольных связей между фермами.
Развитие фронта заклепок или фрикционных болтов, прикрепляю-
щих поперечную балку к элементам главных ферм, обусловливается
необходимостью передать поперечную силу и, кроме того, несколько
улучшить восприятие заклепками опорного момента, который при
рассматриваемом способе прикрепления поперечных балок неизбеж-
но возникает, хотя и уменьшается за счет податливости заклепочных
соединений. При этом верхние заклепки, поставленные в вертикальных
полках, перпендикулярных плоскости поперечных балок, работают на
отрыв головок.
309
Рис 245 Конструкция продольных связей ме-
жду сварными балками по типовому проекту
Гипротрансмоста (III серия).
/ — фасонка связей; 2 — рыбки, 3 — уголок прикреп-
ления фасонок 80+80X10 мм; 4 — уголки продольных
Рис 246 Прикрепление продольной балки к по-
перечной со «столиком» и двумя «рыбками»
(Ленгипротрансмост, /=158,4 м)
1 — рыбки сечением 240X12 мм, 2 — столик из стенки
6=10 мм и четырех уголков 100+100X10 мм, «? —ниж-
ние «рыбки» сечением 240X12 мм
310
Особенность конструк-
ции опорной поперечной
балки состоит в том, что
она имеет меньшую высоту
уголков прикрепления к
ферме и что балка должна
быть приспособлена к вос-
приятию давлений домкра-
тов, посредством которых
производят подъемку про-
летного строения (при мон-
таже, при выправке опор-
ных частей и др.). С этой
целью ставят дополнитель-
ные уголки жесткости 4,
прокладки 5 и накладки 3,
усиливающие стенку балки
(см. рис. 247).
Сварные поперечные
балки можно прикреплять
к главным фермам так же,
как и клепаные, с тем раз-
личием, что угловые фасон-
ки 1 приваривают завод-
скими швами к верхнему
горизонтальному листу по-
перечной балки (рис. 248).
Во избежание концентра-
ции напряжений нижний
острый угол фасонки смяг-
чают устройством выкруж-
ки. Вертикальные уголки
2 в конструкции на рис. 248
показаны прикрепленными
заводскими заклепками к
стенке поперечной балки и
к угловой фасонке 1. В дру-
гих полках этих уголков
следует поставить монтаж-
ные фрикционные болты
или (в клепано-сварной
конструкции) заклепки.
При использовании
фрикционных болтов часть
верхних болтов будет вое-'
принимать растягивающие
усилия от опорного момен-
та, что ухудшает работу
болтов. Поэтому, как и в
S пролет?
На Шре
Рис. 247. Поперечная балка (клепаная) по типовому проекту Гипротрансмоста
(II серия):
/ — угловая фасонка 6=12 мм; 2 — уголок жесткости; 3 — накладка 6=12 мм; 4 — уголок
100+100X10 мм; 5 — прокладка 6=30 мм
случае применения заклепок, при прикреплении фрикционными бол-
тами угловые фасонки и развитие фронта постановки болтов нужны.
Их размеры и число болтов определяют расчетом (см. гл. XXI).
При Н-образных нижних поясах ферм фасонку прикрепления
продольных связей ферм и нижнего пояса поперечной балки распо-
лагают в плоскости горизонтального листа нижнего пояса, зажав
фасонку между полками уголков с развитыми вертикальными полками
(обычно 200 + 120 X 12 мм).
Совместная работа проезжей части с главными фермами при езде
понизу отражается на напряженном состоянии элементов проезжей
части. В современном проектировании наметилось два основных на-
правления: первое —по возможности исключать проезжую часть из
работы главных ферм; второе — включать ее в совместную работу и
тем самым разгружать пояса главных ферм.
Схема совместной работы обычной проезжей части с поясами глав-
ных ферм при езде понизу, когда продольные балки не соединены с диа-
гоналями продольных связей между фермами, показана на рис. 249.
Нижние пояса, удлиняясь под нагрузкой, передвигают на подвижном
(правом) конце фермы опорную поперечную балку, которая тянет за
собой продольные балки; в результате поперечные балки изгибаются
к середине пролета, а в продольных балках появляется растяжение.
При этом, усилия в нижних поясах несколько уменьшаются, но в по-
перечных балках от их горизонтального изгиба возникают большие
дополнительные напряжения. Чем больше пролет, тем отчетливее такой
изгиб и тем больше эти напряжения.
Чтобы уменьшить напряжения, исключают проезжую часть из
работы ферм (первое направление) путем устройства че-
рез 44 — 55 м продольно-подвижных опираний продольных балок.
Такие разрывы проезжей части устраивают в середине или в третях
пролета главных ферм. При этом возле поперечных балок стенку про-
311
Рис. 248. Прикрепление сварной поперечной
балки к главным фермам (Гипротранс-
мост, III серия):
/ — угловая фасонка 6-12 мм; 2 —уголки при-
крепления 100+100X12 мм
Рис. 249. Схема деформации проезжей ча-
сти при удлинении поясов
Рис. 250. Конструкция разрыва в проезжей
части в типовом пролетном строении (Гип-
ротрансмост, III серия)
312
Дольных балок вырезают усту-
пом, усиливают накладками
или ребрами жесткости и
окаймляют приваренными
узкими листами (рис. 250).
Поперечные связи прикреп-
ляют фрикционными болтами
к ребрам жесткости.
Однако устройство разры-
вов проезжей части не всегда
дает хорошее решение. Допол-
нительные напряжения от
совместной работы проезжей
части и поясов ухудшают ее
работу на выносливость, что
вынуждает учащать разрывы
в ней. При наличии частых
разрывов не удается эффек-
тивно разгрузить пояса ферм,
передав часть усилий в них на
продольные балки. Места раз- -
рывов являются источником
ударов подвижного состава и
расстройства проезжей части.
В связи с этим в последние
годы возникло второе
направление — не
устраивать разрывов проез-
жей части, а включать ее в
совместную работу с поясами
ферм на всей длине пролет-
ного строения.
Объединение проезжей
части с поясами ферм дости-
гается различными способами:
первый — устройство спе-
циальных горизонтальных
ферм («диафрагм»), располо-
женных по концам или в сред-
ней части пролета, часто в
пределах нескольких панелей;
второй — включение проез-
жей части в работу при по-
мощи сплошного листа мосто-
вого полотна.
Горизонтальные фермы (диа-
фрагмы) для включения продоль-
ных балок в работу достаточны
только в крайних панелях.
Рис. 251. Конструкция горизонтальной фермы при включении проезжей ча-
сти в совместную работу с поясами ферм
В пролетном строении пролетом 110 М проектировки Гипротрансмоста (рис. 251)
поставлены еще и промежуточные диафрагмы в панелях 2 — 3 и7 — 8 для раз-
грузки поясов ферм в панелях 0 — 3 при навесном монтаже посредством вклю-
чения в этой стадии продольных балок в совместную работу с поясами ферм на
этом участке.
Элементы горизонтальных ферм—сварные двутавры высотой, равной высоте
нижних поясов, что позволяет прикрепить диагонали горизонтальных ферм к по-
ясам посредством парных фасонок, как показано на рис. 251. При пересечении
горизонтальных ферм с продольными балками используются также парные фа-
сонки: нижняя прикрепляется к нижнему поясу продольной балки (на рисунке —
слева), верхняя — к стенке продольной балки (на рисунке — справа).
Верхняя фасонка соединяется с распоркой горизонтальной фермы по-
средством «рыбки», пропущенной через щель в стенке продольной балки, что ос-
вобождает уголки прикрепления от «размалковки», а заклепки в вертикальных
полках уголков прикрепления — от работы на отрыв головок.
Диагонали нижних продольных связей в рассмотренном варианте проходят
под продольными балками и к ним не подклепаны. Их поддерживает листовой
шарнир (см. рис. 244).
Постановка горизонтальных ферм существенно меняет работу ба-
лок проезжей части: поперечные балки почти не испытывают горизон-
тального изгиба, в продольных возникает дополнительное растяже-
ние; в поясах ферм усилия уменьшаются.
Дальнейшим развитием этого направления является включение
проезжей части в работу при помощи стального листа мостового^по-
313
лотна. Промежуточным решением является предложенная и испытан-
ная в МИИТе конструкция проезжей части с «узким» листом мосто-
вого полотна (шириной 2,5—3 м). Эта конструкция не имеет зарубеж-
ных аналогов и отличается возможностью использования имеющихся
на заводах оснастки и оборудования, а также возможностью замены
поврежденных участков мостового полотна при сходе поезда с рельсов.
Продольные балки имеют П-образную конструкцию (рис. 252) и
включаются в совместную работу с поясами ферм при помощи гори-
зонтальных диафрагм, поставленных в панелях 0—1 и 1—2. При этом
усилия в поясах уменьшаются на 18—23%. Стальной лист мостового
полотна прикреплен к продольным и поперечным балкам фрикционны-
ми болтами; при ширине 2,5 м он включается на 80—90% в сечение про-
дольных балок и заменяет собой продольные связи продольных балок.
При этом общий расход металла на пролетное строение увеличивается
незначительно (на 2—3%), но экономится лес мостовых брусьев или
металл стальных поперечин; при этом масса проезжей части получает-
ся значительно меньше, чем при безбалластной железобетонной плите.
Полностью включается проезжая часть в работу главных ферм
при помощи сплошного стального листа, входящего в сечение про-
дольных и поперечных балок и нижних поясов.
В последние годы за рубежом построено несколько таких мостов, самым
крупным из которых является двухпутный неразрезной мост через Рейн у Гермер-
схайма (см. рис. 238), по схеме 66 + 136 + 66 м. Такое пролетное строение ра-
ботает как пространственная конструкция с жестким нижним поясом, в сечение
которого входят продольные балки, сплошной стальной лист толщиной 12 мм
и остатки нижних поясов.
Болто-сварная конструкция проезжей части состоит из сварных монтажных
блоков, объединяемых фрикционными болтами. Продольные балки, располо-
женные под осями рельсов, усилены в верхней части наклонно поставленными
листами, подкрепляющими лист настила в местах возможного схода колеса с
рельсов. Лист мостового полотна усилен продольными ребрами из полос (по осям
путей и моста) и сварных тавров (между крайними балками и поясами ферм),
Рис. 252. Конструкция пролет-
ного строения /=66 м (МИИТ)
с П-образной проезжей частью,
включенной в работу главных
ферм:
а — фасад и wia!i нижних связей,
о — сечение П-образной проезжей
части со стальным мостовым по-
лотном
314
ЁХоДит в собта$ продольных и поперечных балок и образует ортотропную плиту.
Над поперечными балками он усилен дополнительным горизонтальным листом
толщиной 18 мм.
Продольные балки прикрепляются к поперечном клееболтовым стыком, что
позволяет заполнять клеепесчаным раствором зазоры, вызванные неточностью
изготовления балок, до 6 мм.
Контруголки расположены только по наружным сторонам рельсов. Рельсы
устанавливаются на раздельных скреплениях на специальных подкладках, ко-
торые крепятся к листу дисковыми анкерйми. Под рельсом и подкладкой уста-
новлены изолирующие синтетические прокладки. Для отвода воды лист имеет
поперечные уклоны к осям путей 2,5%.
§ 3. Связи между фермами
Продольные связи. Главные фермы при езде понизу соединяют, как
правило, верхними и нижними продольными связями,, кроме желез-
нодорожных «открытых» мостов, где верхние связи мешают габариту.
В автодорожных и городских мостах верхние связи иногда не ставят.
В таких пролетных строениях устойчивость верхних поясов обеспе-
чивается поперечными рамами, в состав которых входят поперечные
балки и элементы решетки главных ферм — подвески, стойки, а если
их нет — раскосы.
В пролетных строениях под железную дорогу и верхние и нижние
связи обязательны. В автодорожных и городских мостах также можно
рекомендовать ставить обе системы связей.
В пролетных строениях с ездой поверху, имеющих железобетонную
плиту, верхние продольные связи можно не устраивать, если они не
нужны по условиям монтажа, ограничившись лишь постановкой
между фермами распорок, входящих в состав поперечных связей.
Варианты решеток продольных связей между фермами показаны
на рис. 253. Наилучшей схемой связей для железнодорожных про-
летных строений, можно считать крестовую решетку, при которой из-
гибу поясов при их удлинении (укорочении) противодействуют рас-
порки связей (или поперечные балки), а диагонали связей от деформа-
ции поясов работают на осевые усилия. Ромбическая решетка при
расположении распорок в узлах главных ферм вдвое уменьшает сво-
бодную длину сжатого пояса (из плоскости ферм). Однако ромбиче-
ская решетка связей является причиной изгиба поясов. Тот же недо-
статок присущ и треугольной решетке, которая если и применяется,
то только в небольших пролетных строениях.
Если расстояние между фермами заметно превышает длину пане-
ли (в двухпутных пролетных строениях), могут оказаться полезными
схемы решеток по рис. 253,г и особенно д. В автодорожных и город-
ских мостах широкое применение нашли ромбические и полураскос-
ные связи. Свободную длину диагоналей связей можно уменьшить
соединением их с продольными балками, но тогда необходимо учи-
тывать их включение в совместную работу с проезжей частью и фер-
мами. Диагонали в этом случае могут быть образованы двумя угол-
ками, склепанными в виде тавра (рис. 254, а), или сварными тавро-
вого сечения.
315
Чтобы несколько ослабить влияние дополнительных напряжений
и связях и элементах проезжей части от деформации поясов ферм,
диагонали связей можно было бы соединить с продольными балками
болтами в овальных отверстиях, но вследствие неплотного прилегания
соединяемых частей создались бы Очаги развития коррозии. Целе-
зообразно- поэтому приклепать диагонали связей к продольным бал-
кам, но учесть при конструировании продольных балок и их прикреп-
лений дополнительные усилия, вызванные совместной работой про-
езжей части, связей и поясов ферм.
Другой способ уменьшения свободной длины связей — это при-
крепление их к вертикальным фасонкам, выпущенным вниз из узлов
поперечных связей между продольными балками (см. рис. 244). Эти
вертикальные фасонки играют роль листового шарнира: они не дают
связям провисать, но позволяют им двигаться вдоль ферм под про-
дольными балками при деформации поясов и не включаться в сов-
местную работу с фермами.
Между низом продольных балок и диагоналями связей оставляют
зазор 10—16 мм для того, чтобы продольные балки при прогибе не на-
жимали на элементы связей, и для возможности окраски.
Если свободная длина диагоналей связей не уменьшена прикрепле-
нием к продольным балкам, то применение для них уголков одиноч-
ных или в виде тавра может оказаться недостаточным вследствие ма-
лой величины радиуса инерции сечения таких связей. В этом случае
диагонали связей раньше выполняли из двух ветвей в виде швеллеров
(прокатных, клепаных или сварных), соединенных планками. Теперь
широкое применение находят клепаные и
сварные двутавры. При этом высота продоль-
ных балок принимается меньшей высоты по-
перечных.
Выбирая тип сечения элементов связей,
необходимо также учитывать, будут ли они
растянуты или сжаты от воздействия на них
деформации поясов, сильно влияющей на
расчетные усилия в элементах связей. Понят-
но, что сжатым элементам следует придавать
сечения по возможности с большими радиу-
сами инерции относительно обеих главных
осей инерции, в особенности, если свободную
длину этих элементов не представляется
возможным уменьшить (как, напри^мер, диа-
гоналей верхних связей из их плоскости).
Если диагонали связей прикрепляются в
узле к одиночной фасонке (например, при
Н-образных сечениях поясов), то сечение
связей следует принять по рис. 254, б и
применить в месте прикрепления прокладки.
Зазор между ветвями диагоналей должен быть
не менее 40—50 мм с тем, чтобы наличие так
называемой «вилки» не затрудняло монтажа.
316 .
Рис. 253. Схемы решеток
продольных связей меж-
ду фермами.
а — крестовая; б — тре-
угольная; в — ромбическая;
г — полураскосная; д « кре-
стовая на две панели
Рис. 254 Типы сечений элементов связей между фермами*
Если же элементы связей соединяют с поясами ферм двумя фасонками
(верхние связи и коробчатые сечения поясов), то диагонали связей
можно сконструировать, как показано на рис. 254, в, г или д. Диаго-
нали двутаврового'поперечного сечения можно прикреплять и к оди-
ночным фасонкам, устраивая скосы стенки на концах диагоналей
(рис. 254, е). Такая форма элементов связей проще в сварном испол-
нении.
- Немаловажное значение имеет выбор типа сечения элементов свя-
зей и их прикрепления к узлам ферм для создания лучшей сопротив-
ляемости поясов ферм кручению. В особенности это ^относится к сжа-
тым поясам. Этому-требованию удовлетворяют сечения типов, приве-
денных на рис. 254, в, г, д, с прикреплением элементов к двум фа-
сонкам, расставленным на высоте пояса. Широкое применение находит
швеллерное сечение из двух уголков, соединенных планками.
В качестве распорок одной из систем продольных связей можно
рассматривать поперечные балки. Распоркам связей в плоскости дру-
гого пояса ферм, в особенности, если он сжат, целесообразно придать
двутавровое сечение.
Диагонали связей не должны составлять слишком острых углов
с осью пояса, иначе их участие в придании пролетному строению
поперечной жесткости будет недостаточно эффективным, а прикреп-
ление к узлам — неконструктивным. Желательны углы от 35 до 55°.
•Поперечные связи применяются в основном для увеличения попе-
речной (крутильной) жесткости пролетных строений. Для связей при-
меняют геометрически неизменяемую решетку (рис. 255). При малом
расстоянии между верхом габарита приближения строений и верхним
поясом вместо поперечных связей в виде фермочки устраивают по воз-
можности жесткое соединение распорок со стойками, придавая рас-
поркам в этом случае высоту, равную высоте пояса (схема /). Из при-
веденных на рис. 255 схем поперечных связей наиболее простыми
по конструкции являются схемы 2, 3, 4. Схему 5 применяют вместо
схемы 2 при малой высоте ферм. Схемы 6 и 7 годны при шпренгельной
решетке главных ферм для того, чтобы поддерживать средние узлы
сжатых раскосов в случаях, когда по условию габарита проезда
317
схема 3 непригодна. Вообще же к преимущественному использованию
рекомендуются схемы 2, 5, 4.
Опорные рамы или порталы устраивают в пролетных строениях
для обеспечения пространственной неизменяемости пролетного строе-
ния и передачи ветровых усилий с верхних продольных связей на
опоры. При езде понизу опорные рамы (рис. 256) можно располо-
жить в плоскости первого восходящего раскоса, в плоскости опорных
стоек и в плоскости первой подвески. Первый способ — наиболее
экономичный и вполне соответствует назначению опорных рам.
Второй способ применяется по архитектурным соображениям при же-
лании закончить пролетное строение вертикальными элементами. Не-
достаток этого способа — увеличение расхода металла из-за добав-
ления лишних элементов. Третий способ дает весьма простое решение
для первого верхнего узла фермы, аналогичное решению для осталь-
ных верхних узлов; по экономичности конкурирует с первым спосо-
бом. Недостатком третьего способа является непрямая передача
на опоры воздействий от ветровой нагрузки с верхних связей, вслед-
ствие чего приходится увеличивать сечения элементов первой панели
нижних поясов.
По конструкции различают два вида опорных рам: со сплошным
верхним заполнением (см. рис. 255, схема 7) и со сквозным запол-
нением (см. рис. 255, схемы 2—7). Второй вид экономичнее, проще в
изготовлении и вполне удовлетворяет эксплуатационном требо-
ваниям.
Варианты сквозного заполнения портала такие же, как для попе-
речных связей, но элементы портального заполнения расположены
обычно в наклонной плоскости (в плоскости опорного раскоса) и
имеют большие площади поперечных сечений.
Применяя схемы 5, 6, 7 (см. рис. 255) и им подобные, можно полу-
чить меньшую свободную длину ног рамы (опорных раскосов), чем
при схемах 2, 5, 4, за счет имеющихся в габарите приближения строе-
ний скосов верхней его части, но в изготовлении и монтаже проще
портальные заполнения по схемам 2, 5, 4.
Тормозные рамы передают тормозные усилия от проезжей части
на узлы ферм и далее на опоры. В железнодорожных мостах с ездой
на поперечинах, при продольных балках, не соединенных непосредст-
венно с продольными связями главных ферм, устраивают специальные
тормозные связи. Они не требуются_в^автодорожных и городских
Рис. 255 Схемы поперечных связей и опорных рам
318
Рис. 256. Схемы расположения опорных рам*
а —в плоскости первого восходящего раскоса, б —в плоскости опорных стоек; в —в пло-
скости первой подвески
мостах, где тормозные усилия значительно меньше, а в плоскости
проезда находится железобетонная или стальная плита.
Тормозные связи лучше устраивать посередине пролета, а при на-
личии разрывов продольных балок — посередине участка пролетного
строения между разрывами продольных балок (рис. 257).
Если диагонали связей между фермами приклепываются к про-
дольным балкам и расчетом учитывается совместная работа проезжей
части, связей и поясов ферм, то горизонтальные диафрагмы, вклю-
чающие ее в совместную работу, целесообразно поставить по концам
пролетного строения, чтобы наиболее надежно обеспечить совместную
работу указанных элементов. При одинаковой высоте продольных и
поперечных балок тормозные связи можно- образовать из диагоналей
продольных связей, если поставить распорки между продольными бал-
ками (в местах пересечения диагоналей с продольными балками)
и соединить элементы в получившихся узлах (см. рис. 257, а). Вклю-
ченные в схему тормозных связей участки диагоналей усиливают,
причем симметричность схемы позволяет при любом направлении сил
торможения рассчитывать диагонали только на дополнительные растя-
гивающие усилия.
При схеме тормозных связей по рис 257, б усилия от торможения
с продольных балок передаются посредством дополнительных диаго-
налей на узел пересечения основных диагоналей связей и далее через
них на пояса главных ферм. Устройство тормозных связей по этой
схеме удобно в том отношении, что оно не зависит от разбивки на пане-
ли связей между продольными балками.
319
§ 4. Конструкция узлов и стыков в стальных фермах
Общие указания по проектированию узлов ферм. Оси элементов,
сходящихся в узле, должны пересекаться в одной точке (центре узла).
Каждый элемент прикрепляется достаточным по расчету числом за-
клепок или фрикционных болтов, причем для возможности замены де-
фектных заклепок (болтов) прочность прикрепления элемента или
его стыка должна превышать прочность самого элемента (по его рас-
четному поперечному сечению) не менее чем на 11 % (учитывается ко-
эффициент условий работы, равный 0,9), хотя по нормам СН 200-62
это условие не является обязательным. Заклепки и фрикционные бол-
ты следует размещать так, чтобы центр тяжести площадей попереч-
ных сечений группы заклепок (фрикционных болтов) в прикреплении
элемента (центр прикрепления) был по возможности на оси элемента.
Прочность узловых фасонных листов и накладок по любому разрезу
также должна превышать прочность присоединяемых элементов не
менее чем на 11%.
В конструкциях узлов (рис. 258) не следует допускать мест, где
могли бы скапливаться вода и грязь, узких щелей, замкнутых прост-
ранств, а Также трудно окрашиваемых мест. Фасонным листам
надо придавать возможно меньшие размеры и возможно более про-
стое очертание; в частности, следует избегать входящих (> 180°)
углов в фасонках. Конструкция узла должна быть удобна для изго-
товления пролетного строения на заводе, для его перевозки, сборки и
клепки (или постановки фрикционных болтов). Различные узлы ферм
должны иметь возможно большее число участков, одинаковых по своим
размерам и по расположению заклепок или болтов, для применения
современных методов изготовления металлических конструкций.
При конструировании узлов необходимо учитывать, что они явля-
ются частями пространственного пролетного строения. Кроме элемен-
тов фермы, соединяемых в узле, к тому же узлу обычно прикрепляются
поперечная балка или распорка связей, диагонали связей.
Рис. 258. Основные виды узловых соеди-
нений ферм:
а — на фасонках накладках; б — на фасонках-
вставках; в —на фасонках-приставках; г —
стык в центре узла, / — дополнительная за-
трата металла
320
В узлах ферм обычно устраивают монтажные стыки поясов. В ти-
повых пролетных строениях (после 1945 г.) эти стыки ^совмещают
с центром узла, что позволяет вести сборку пролетных строений любым
•способом: на сплошных подмостях, без подмостей (навесная сборка),
с постановкой временных опор (полунавесная сборка). Конструкция
правой и левой половины ферм получается симметричной, что важно
для заводского изготовления пролетного строения. В пролетных строе-
ниях старых'проектировок стыки выполнены вне узлов.
В индивидуальных проектах стыки поясов можно выносить за уз-
лы, но при навесной и полунавесной сборке стыки нужно располагать
впереди центра узла Цо ходу сборки (или в центре узла, см. рис. 258, г).
Это необходимо для образования при монтаже неизменяемой замкнутой
части в пределах каждой панели.
Элементы фермы соединяют в узлах посредством фасонок, кото-
рые обычно используют и как накладки для перекрытия стыков поясов.
Расстояние между фасонками во всех узлах должно быть одинаковым,
что достигается применением прокладок нужной толщины.
По конструкции узловые соединения могут быть на фасонках-на-
кладках, обнимающих вертикальные стенки поясов; на фасонках-
вставках, заполняющих место всех или чрсти вертикальных листов;
с фасонными приставками, присоединяемыми сбоку или сверху не-
прерывного пояса, например, в фермах с жестким нижним поясом,
Рассмотрим на примере узла Н2 нижнего пояса клепаной фермы пролетного
строения с ездой понизу порядок выявления контура узлового фасонного листа
наиболее распространенного и простого соединения — на фасонках-накладкаХ
(рис. 259). К узлу подходят элементы нижнего пояса Н1 — Н2, Н2 — НЗ ко-
робчатого сечения, раскос Bl —- Н2 и стойка Н2 —- В2 Н-образного сечения
и раскос Н2 — ВЗ коробчатого сечения. Элемент Н1 — Н2 имеет по одному вер-
тикальному листу толщиной 12 мм в каждой ветви, элемент Н2 — НЗ — по два
толщиной 16 мм. К этому же узлу прикрепляется поперечная балка
(см. рис. 247) и диагонали связей между фермами.
В центре узла имеется стык нижнего пояса. Каждая ветвь пояса перекрыта
фасонкой, как-наружной накладкой, наложенной на нее еще одной наружной
накладкой НН1 и двумя внутренними накладкам ВН1 (между кромками вер-
тикальных полок уголков) и ВН2 (наложенной на полки уголков).Число заклепок
определено по большей площади поперечного сечения стыкуемых элементов
Н2 — НЗ (см. гл. XXI). Заклепок нужно поставить столько в накладках и в той
части фасонки, которая является накладкой (по обе стороны от центра узла),
сколько необходимо, чтобы к центру узла элемент Н2 — НЗ был уже полностью
прикреплен. В связи с разным числом вертикальных листов в соседних панелях
и разной их толщиной в левой половине узла применена прокладка толщиной
2 X 16 — 12 = 20 мм. '
Заклепки, прикрепляющие накладки и фасонку, размещены на сетке из
вертикальных и горизонтальных линий с шагом в обоих направлениях, равным
80 мм. Этот шаг близок к минимальному для заклепок d = 23 мм. Расстановка
заклепок только на стандартной сетке обеспечивает возможность рассверловки
отверстий в элементах пояса с использованием кондуктора. Исключение состав-
ляет только один шаг—между рядами заклепок, ближайшими к центру узла;
он равен расстоянию между вертикальными рядами заклепок, прикрепляющих
к фасонке поперечную балку. Такое исключение допустимо, так как отверстия
в фасонке и накладках сверлят по*накладным кондукторам
Стойки и раскосы вставляют между фасонками и прикрепляют внахлестку.
Расстановка заклепок, прикрепляющих раскосы, также соответствует стандарт-
ной сетке 80 X 80 мм.
11 Зак. 1298 3?!
Кромку фасонки аб определяет прикрепление раскоса Bl — Н2 и распо-
ложение заклепок по стойке, подходящей к узлу Н2. Все усилия от поперечной
балки передаются, на внутреннюю ветвь стойки через заклепки, соединяющие
уголки прикрепления поперечной балки, и затем через лист, объединяющий обе
ветви стойки, переходят на наружную ветвь стойки. Обе ветви стойки передают
усилия на фасонку, а с фасонки они передаются раскосу В1 — Н2.
Для обеспечения передачи усилия требуется выполнение следую-
щих условий:
а) сплошной лист, связывающий ветви стойки, должен быть по-
ставлен на длине, превышающей верхний уровень уголков прикреп-
ления поперечной балки;
б) число заклепок (болтов), прикрепляющих стойку к фасонке,
должно быть достаточным для восприятия усилия от поперечной
балки.
Рис. 259. Узел нижнего пояса клепаной фермы
322
Границы фасонки НО Направлению осей элементов можно найти,
расставив необходимое число заклепок (болтов), прикрепляющих
эти элементы.
Очертание фасонки, показанное на рис. 259 пунктиром, получает-
ся, если на всех пересечениях стандартной сетки с шагом 80 мм поста-
вить заклепки Но такая фасонка имеет входящие углы (в точках
г и й) и слишком сложна для изготовления, поэтому ей придано более
простое очертание: верхняя кромка — горизонтальна, боковые —
вертикальны, а число заклепок, полученных по расчету, оставлено
без изменения. В результате заклепки поставлены не во всех точках
сетки, но более симметрично относительно осей элементов В первом
от края фасонки ряду поставлено неполное количество заклепок.
Это уменьшает ослабление сечения элемента, так как во втором ряду
будет действовать усилие, уменьшенное на его часть, переданную
заклепками первого ряда.
Изложенная методика конструирования узлов относится также
к болто-сварным и болто-клепаным конструкциям. ,
В качестве примера можно привести конструкцию узла Н2 болто-сварного
железнодорожного пролетного строения пролетом ПО м из стали марки
15ХСНД на фасонках-накладках (рис. 260). Стык элементов нижнего пояса
перекрыт фасонками /, наружными вертикальными накладками 2, внутренними
вертикальными накладками 3 и горизонтальными накладками: верхней 4 и ниж-
ней 5. В связи с разной толщиной вертикальных листов пояса в панелях слева от
узла (16 мм) и справа (32 дом) поставлена прокладка 6 толщиной 16 мм (заштри-
хована). В действующих типовых проектах прокладка в* стыке пояса продлена
(по условиям навесного монтажа) за обрез фасонки. Число фрикционных болтов
в фасонках и накладках, перекрывающих стык, поставлено с каждой стороны
стыка из расчета по площади сечения более мощного (правого) элемента пояса;
таким способом этот элемент введен в работу полностью, начиная от сечения по
центру узла, что обеспечивает отсутствие перенапряжений в фасонках.
Высота фасонок, обычно определяемая прикреплением раскосов, здесь оп-
ределилась расстановкой болтов, передающих усилие от поперечной балки: рас-
четное число болтов, необходимое для ее прикрепления, поставлено в отличие от
конструкции, приведенной на рис. 259, в пределах одной фасонки, что обеспе-
чивает непосредственную передачу усилия от поперечной балки на узел фермы.
Число болтов в соединениях раскосов с фасонками поставлено по расчету с округ-
лением. Раскосы входят в узел возможно глубже. Фасонкам придана простая
форма путем некоторого увеличения ее площади; вследствие этого при расстанов-
ке болтов прикрепления раскосов часть точек стандартной сетки пропущена.
Болты прикрепления правого раскоса расположены чаще в верхней зоне, чтобы
Приблизить центр прикрепления к центру тяжести сечения элемента (нижний
лист перфорирован). Снизу к элементам пояса прикреплена горизонтальная фа-
сонка, к которой присоединяются диагонали продольных связей ферм и нижний
пояс поперечной балки.
Конструкция верхнего узла клепано-сварной неразрезной фермы на фасон-
ках-вставках (мост через р. Дунай в Белграде с пролетами 148,6 + 2 X 162,1 +
+ 148,6 м под железную и автомобильную дороги) показана на рис. 261. Фасон-
ки-вставки имеют толщину 50 мм. Правый элемент пояса склепан с фасонкой на
накладках, с левым элементом фасонка сварена заводским стыком. Для умень-
шения концентрации напряжений при сварке листов разной толщины более тол-
стый лист остроган с плавным уклоном. Раскосы примыкают к фасонкам и
перекрыты двусторонними накладками. Для компенсации ослаблений заклепоч-
ными отверстиями растянутые элементы (пояс и левый раскос) имеют по концам
компенсаторы с утолщением наружу. Сжатый (правый) раскос имеет узкие до-
полнительные листы, не входящие под накладки прикрепления и приваренные
для увеличения жесткости элемента.
11* 323
Конструкция опорного узла цельносварной фермы на фасонйах-йриставкак
пролетного строения пролетом 66 м й проектировки НИИ мостов ЛИИЖТа
показана на рис. 262.
Пролетное строение имеет жесткий нижний пояс двутаврового сечения вы-
сотой 2 м. В узлах применены одиночные фасонки-приставки толщиной 20 мм,
приваренные к горизонтальным листам поясов фермы в створе их стенки и имею-
щие выкружки для уменьшения концентрации напряжений. Вертикальные листы
раскосов, идущие в том же створе, приварены монтажными швами встык к фа-
сонкам. По концам раскосов вертикальные листы усилены вставкой с плавным
переходом от толщины в середине раскоса (10 мм) к толщине вставки (20 мм).
Полки раскосов имеют стыки с приваренными к фасонкам ребрами, являющи-
Рис. 260. Узел нижнего пояса болто сварной фермы
7 — основная фасонка-накладка 6=12 мм; 2 — наружная накладка 630X12X720 мм; 3 — вну-
тренняя вертикальная накладка 570X20X880 мм; 4 — горизонтальная накладка 450X16X690 мм;
5 — то же, нижняя 450X10X360 мм; 6 — прокладка 570X16X520 мм; 7 — прокладка 220Х12Х
Х640 мм между стойкой и поперечной балкой
324
Рис. 261. Верхний узел болто сварной фермы на фасонках-вставках
Рис 262. Узлы цельносварной фермы на фасонках приставках
а — нижний опорный узел, б — верхний промежуточный узел, 1 — вставка в стенку раскоса
6=20 мм, 2 — фасонка поперечных связей
325
мися продолжением полок раскосов на фасонку с постейейным их сужением для
уменьшения концентрации напряжения. Стык стенки и полок раскосов с фасон-
кой и приваренными к ней ребрами — совмещенный в одном сечении.
Цельносварные фермы применялись как опытные. В настоящее
время, в связи с рядом трудностей ведения полевой сварки, на монтаже
повсеместно применяются фрикционные болты, а конструкции яв-
ляются болто-сварными в обычной зоне и в «северном» исполнении.
§ 5. Смотровые приспособления
Для осмотра, очистки, окраски и ремонта пролетных строений при их
эксплуатации устраивают смотровые приспособления (рис. 263),
обеспечивающие удобный доступ Ко всем элементам моста. В неразрез-
ных пролетных строениях устраивают переходные площадки 3, по-
зволяющие подняться на верхний пояс фермы.
Рис 263 Смотровые приспособления на железнодорожных пролетных строениях:
Нижняя смотровая тележка 6 представляет собой платформу
из швеллеров с настилом, к которой по концам ее прикреплены бол-
тами рамы из вертикальных и горизонтальных швеллеров. В верхние
узлы рам вмонтированы оси катков, служащих для перемещения смот-
ровой тележки. Катки1 опираются на двутавры, прикрепленные по-
средством консольных уголков к нижним поясам ферм. Смотровая те-
лежка перемещается вращением рукояток, передающимся через сис-
тему зубчатых колес осям катков.
- Верхняя передвижная балка 1 выполняется, как и платформа,
из швеллеров и передвигается по приваренным к верхним поясам ши-
нам при помощи лебедки. К передвижной балке на тросах, наматы-
ваемых на лебедки, подвешивают подъемные люльки 2 снаружи или
внутри пролетного строения. Лестницы 4 и переходные площадки
изготовляют из полосовой и круглой стали, уголков, швеллеров
и т. п.
Все смотровые приспособления ограждают перилами. В пролет-
ных строениях с ездой поверху должны быть сходы 5 с проезжей
части на опору и смотровые тележки.
326
Г ЛАВА XX
СТАЛЬНЫЕ МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ
§ 1. Пролетные строения со сквозными
неразрезными и консольными фермами
Пролетные строения с неразрезными фермами применяют преиму-
щественно при езде понизу в железнодорожных мостах больших про-
летов. При езде поверху неразрезные фермы применяют в особых
условиях, например, для высоких виадуков, где доставка крупных
блоков в горы затруднена, а навесной монтаж мелкими элементами
прост и удобен, так как не требует соединительных элементов, необ-
ходимых при монтаже разрезных ферм.
Основными достоинствами неразрезных ферм являются экономия
металла (по расчету на прочность), большая жесткость и -плавность
линии прогибов по сравнению с разрезными, а также возможность на-
весного монтажа. Экономия материала опор в железнодорожных
неразрезных мостах больших пролетов возможна только для опор
с подвижными опорными частями. Опора, на которой установлена
неподвижная опорная часть, передающая тормозные усилия с несколь-
ких пролетов, может оказаться тяжелее и дороже опоры разрезного
моста, особенно при большой высоте. В сумме по всем опорам можно
получить экономию материала.
При расчетах на выносливость экономия обычно не достигается,
так как линии влияния основных элементов неразрезных ферм имеют
участки разных знаков, что ухудшает коэффициент асимметрии цикла
подвижной нагрузки и может привести к частичной потере экономии
металла, полученной по расчету на прочность. Влияние этого фактора
растет с увеличением отношения временной нагрузки к постоянной,
поэтому экономия по массе неразрезных ферм железнодорожных мос-
тов получается меньшей, чем автодорожных. Для автодорожных про-
летных строений эта экономия составляет 5—10% при пролетах
100—200 м; для железнодорожных пролетных строений, спроекти-
рованных по СН 200—62, она обычно не превышает 5% при пролетах
около 100 м. Однако в разработанном Гипротрансмостом проекте про-
летных строений под железную дорогу с неразрезными фермами
пролетом ПО м масса их оказалась на 9% меньше массы пролетных
строений с разрезными фермами того же пролета. Следует заметить,
что в этом проекте было принято некоторое увеличение площади
поперечного сечения части элементов по условию их работы при на-
весном монтаже на полный пролет. При неразрезных фермах по схеме
ПО + 132 + ПО м удается при той же массе перекрыть больший про-
лет. В результате масса неразрезных ферм оказывается меньше массы
разрезных типовых ферм пролетом 127,4 м. Для неразрезных пролет-
ных строений еще больших пролетов экономия металла будет увели-
327
чиваться: чем больше пролет, тем неразрезные фермы выгоднее раз-
резных.
Повышенная жесткость неразрезных ферм позволяет применять
для их изготовления легированные стали повышенной и даже высокой
прочности (фермы из набора сталей разных марок) при сохранении
норм прогиба, установленных для железнодорожных мостов. Однако
стали высокой прочности более чувствительны к концентрации на-
пряжений, что отрицательно влияет на выносливость, поэтому при
конструировании нужно принимать меры, уменьшающие концентра-
цию напряжений и остаточные напряжения в сварных конструкциях.
Недостатками неразрезных ферм считают индивидуальное их
изготовление и чувствительность к неодинаковым осадкам опор. Од-
нако схемы неразрезных ферм вполне возможно унифицировать с со-
хранением принятых для разрезных ферм основных размеров и при-
близить, таким образом, их изготовление к условиям изготовления
типовых пролетных строений. Это сделано в проектах Гипротранс-
моста неразрезных пролетных строений 2 X НО, 2 X 132, 3 X 132,
132 + 154 + 132 м и др.
Чувствительность к неодинаковым осадкам опор может иметь зна-
чение только при слабых грунтах. Вообще же дополнительные напря-
жения от небольших перемещений опорных узлов в неразрезных
фермах пролетами 100 м и более не очень велики (примерно 200 кгс/сма)
в ферме с двумя пролетами пй 100 м с отношением высоты к пролету
1/10 при осадке средней опоры на 10 см; к тому же положение опор-
ных частей неразрезных-ферм в случае осадок опор может быть вы-
правлено.
Неразрезные фермы обычно имеют 2—3 больших пролета. Боль-
шее число пролетных строений, соединенных в неразрезную систему,
не дает дальнейшей заметной экономии в массе. Между тем при боль-
шем числе пролетов неразрезных ферм накапливаются перемещения
концов ферм от изменения температуры (неподвижной обычно дела-
ется одна из средних опор), затрудняющие устройство и исправное
содержание сопряжений пути и ездового полотна. -Кроме того, чем
больше сумма пролетов неразрезных ферм, тем большая величина
тормозной силы передается на одну из опор, что заставляет увели-
чивать ее размеры.
Основные размеры и схемы неразрезных ферм должны быть под-
чинены условию получения наименьшей массы пролетного строения,
конструктивным и производственным требованиям (изготовление, мон-
таж), а также условию достаточной вертикальной и горизонтальной
жесткости. Наиболее просто очертание с параллельными поясами
(рис. 264). В приведенных типовых схемах приняты унифицирован-
ные длины панели и расстояние между осями ферм такие же, как в ти-
повых разрезных фермах, а в схемах биг также и одинаковая с ними
высота ферм (15 м).
Постоянная высота неразрезной'фермы приводит к резкому измене-
нию усилий в поясах в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.
Поэтому поперечные сечения поясов должны быть подобраны так,
чтобы площади их могли быть изменены в соответствии с изменением
328
a!
5)
bl
г)
110 no no J !
T no m X no ,P_________$£
/НЖШИЖШЖИЗЖИхЖЖЕБИ^ЗКЖИЗЖЗГ
t___132 154 jjL 132 ', Л I
Рис. 264. Схемы неразрезных ферм с параллельными поясами под железную до-
рогу по проектам:
а, б, г — по техническому проекту Гипротрансмоста 1972 г. из стали 15ХСНД высотой 15 м;
в — по проекту ЦНИИ ПСК высотой 14 м
усилий. Хорошее решение получается, если подбирать пояса из ста-
лей разных марок,,.при этом сечение поясов меняется мало.
Для неразрезных ферм пригодны те же схемы решеток, какие бы-
ли показаны для разрезных ферм. Желательно в среднем опорном
узле иметь сходящиеся к нему раскосы, что разгружает опорную
стойку, усилие в которой значительно возрастет, если опорные раско-
сы буду!- сходиться в узле верхнего пояса.
Выбор между простой треугольной и шпренгельной решеткой де-
лается по тем же соображениям, какие были приведены для разрез-
ных ферм.
Высоту неразрезных ферм можно назначить несколько меньшей,
чем разрезных ферм, как по условию жесткости, так и по условию ми-
нимума массы. Выбор высоты ферм зависит от ряда параметров и осо-
бенностей проектирования. Так, для шпренгельной решетки можно
взять высоту несколько большей, чем для простой треугольной;
при Н-образных элементах большая высота окажется менее выгодной,
чем при элементах коробчатого сечения, и т. п. Ориентировочно
можно считать оптимальную высоту неразрезных железнодорожных
ферм равной 1/71 -г г1&1.
Иногда, в особенности в автодорожных и городских мостах, при-
нимают для неразрезных ферм еще меньшие высоты — около 1/10
от пролета, что объясняется или архитектурными требованиями
(низкие фермы имеют лучший внешний вид, чем высокие), или стрем-
лением использовать стандартные основные размеры, установленные
для типовых разрезных ферм.
В трехпролетных неразрезных фермах для получения наименьшей
массы крайние пролеты следует принимать несколько меньшими, чем
средний (примерно 0,75—0,8 среднего). При этом соотношение про-
летов должно быть таким, чтобы длина панели получалась одинаковой
во всех трех пролетах, а на опорах раскосы сходились в узлах ниж-
него пояса.
Схема трехпролетной неразрезной фермы высотой 14 м, применен-
ная для одного из мостов в СССР (проект ЦНИИ Проектстальконструк-
329
ция), показана на рис. 264, в. Схема составлена с ориентировкой на
11-метровую панель, вследствие чего крайние пролеты взяты рав-
ными 110 м, средний'пролет—132 м (отношение 0,835). Однако
не всегда можно выдержать оптимальное соотношение пролетов.
Часто по условиям судоходства необходимо несколько пролетов одина-
ковой величины, в соответствии с чем и в трехпролетных неразрезных
фермах крайние пролеты делают равными среднему.
По этим соображениям, а также с целью большей унификации
в последних проектах Гипротрансмоста все три пролета приняты рав-
ными: 3 X ПО м и 3 X 132 м с высотой 15 м.
Пролетные строения с неразрезными фермами обладают относи-
тельно большей жесткостью не только в вертикальном, но и в горизон-
тальном направлениях. Поэтому при прочих равных условиях расстоя-
ние между осями неразрезных ферм можно принимать несколько
меньшим, чем между осями разрезных ферм. Например, в пролетном
строении Гипротрансмоста по схеме 3 X 132 м расстояние между
осями ферм равно 5,8 м, т. е. почти 1/23 расчетного пролета. Чтобы
получить большую жесткость в горизонтальном направлении, следует
продольные связи между неразрезными фермами выполнять тоже как
неразрезные системы. Для этого необходимо устраивать опорные
рамы над всеми опорами. Перерасход металла на это окупается эко-
номией стали на поперечных балках, пролет которых в проектах
IV серии (127,4 и 145,6 м) равен 7 м.
Типы сечений элементов неразрезных ферм выбирают на основе
тех же соображений, какие были изложены применительно к разрез-
ным фермам. Дополнительно следует иметь в виду, что в неразрезных
фермах часть элементов нижнего пояса работает на сжатие или на зна-
копеременные усилия. Поэтому при большой величине усилий наи-
более рациональными типами сечений нижнего пояса будут замкнутые
коробчатые сечения с перфорацией нижнего горизонтального листа.
Узлы неразрезных ферм компонуют так же, как узлы ферм разрезных.
Пролетные строения с консольными фермами, сохраняя основные
достоинства неразрезных, свободны от их главного недостатка: они
не реагируют на неравномерную осадку опор и поэтому находят при-
менение при слабых грунтах, вызывающих опасение такой неравно-
мерной осадки. Проектируя консольные фермы вместо разрезных,
можно получить примерно такую же экономию металла, как и при
неразрезных фермах. Недостаток консольных ферм — меньшая вер-
тикальная жесткость и наличие переломов в линии прогиба, что осо-
бенно неблагоприятно для железнодорожных мостов. Поэтому в на-
стоящее время консольные мосты почти не применяются, их заменяют
неразрезными.
В некоторых условиях консольные фермы могут облегчить монтаж
пролетных строений: консоли допускают навесной монтаж, а так
называемое «подвесное» пролетное строение (см. ниже) можно уста-
новить, используя плавучие средства.
Мосты с консольными фермами проектируют по различным схемам
в зависимости от их назначения и характера мостового перехода.
В консольной системе различают анкерные и сборные пролеты.
330
Сборный пролет включает в себя консоли анкерного пролета и под-
весное пролетное строение, фермы „могут быть одноконсольными
или двухконсольными (рис. 265, а и б).
Существенное значение при проектировании моста с консольными
фермами имеет правильный выбор соотношений величин сборного
и анкерного пролетов, длины консоли и высоты ферм, что определяется
массой и жесткостью ферм, а также удобством их изготовления и
монтажа. Прогиб конца консоли по действующим ТУ не должен
превышать 1/250 длины консоли. Амплитуда прогибов ферм анкер-
ного пролета не должна превышать для железнодорожных мостов —
1/666 пролета, для автодорожных и городских мостов — 1/333 про-
лета; для подвесного пролетного строения нормы прогиба те же, что
и для разрезных ферм. В производственном отношении следует стре-
миться к возможности организовать навесную сборку пролетных
строений, т. е. к возможному увеличению сборного пролета и сокра-
щению анкерного.
Для случая, когда местные условия допускают достаточно свобод-
ный выбор величин пролетов моста, отношение сборного пролета
к анкерному целесообразно принять примерно 1,3—1,4. Оптималь-
ная длина консоли при этом около 0,3 от величины анкерного пролета.
331
Высота ферм в середине анкерного и подвесного пролетов может
быть задана несколько меньшей, чем в разрезных фермах, у. е. при-
близительно 1/6,5—1/7 величины пролета. Высота над опорой, к ко-
торой примыкает консоль по условию жесткости, должна быть около
2/3 длины консоли. Таким образом, высота консольной фермы полу-
чается различной в разных частях ее, что достигается полигональным
очертанием одного из поясов ферм: верхнего (см. рис. 265, а, б) или
нижнего (рис. 265, в). Первый вариант менее удобен в производствен-
ном отношении, так как затрудняет продвижение сборочного крана
по верхним поясам. Вариант, при котором верхний пояс горизонтален,
представляет наибольшие удобства для навесной сборки, но связан
при шпренгельной решетке с необходимостью вынести все или часть
шпренгелей к верхнему поясу. Получающаяся при этом затрата
металла компенсируется уменьшением высоты и стоимости опор.
Наконец, возможно решение и с параллельными поясами, как это
было принято на одном из построенных в СССР мостов (рис. 265, г).
Длину панели в консольных фермах желательно, руководствуясь
общими соображениями, изложенными применительно к разрезным
фермам, назначать одинаковой на всем протяжении фермы (включая
и подвесной пролет).
Решетка консольных ферм в основном не отличается от решетки
ферм разрезных. Переход от консоли к подвесному пролету позво-
ляет устроить шарнир на подвеске (см. рис. 265, б, в), что весьма
удобно в производственном и конструктивном отношениях. Переход
по рис. 265, а потребует более сложного шарнира. Типы поперечных
сечений элементов консольных ферм выбирают исходя из тех же
соображений, что и разрезных.
Примерами особых случаев применения консольной системы
являются такие мосты, как Фортский и Квебекский (рис. 266, а и б).
Сильное развитие консолей ферм этих мостов объясняется специфи-
ческими условиями постройки моста (отсутствие промежуточных опор
и как следствие навесная сборка на большую длину). Схему Квебек-
Рис. 266 Крупнейшие консольные мосты.
а — Фортский; б — Квебекский
332
ского моста нельзя считать удачной. Было бы экономичнее выдвинуть
опоры в реку, увеличить анкерные пролеты и уменьшить сборный
пролет, или добавить промежуточные опоры.
Подсчитано, что это сократило бы расход металла в несколько
раз (на мост затрачено 60 тыс. т стали),
§ 2. Арочные пролетные строения
Область применения. Арочные пролетные строения, основными несу-
щими элементами которых являются арки, передают на опоры не толь-
ко вертикальные, но и горизонтальные давления (распор), благодаря
чему расчетные изгибающие моменты в арках меньше, чем в аналогич-
ных по пролету и нагрузке балках; поэтому распорные арочные
пролетные строения подучаются легче балочных приблизительно
на 15%.
Несмотря на эту экономию, арочные пролетные строения под же-
лезную дорогу при пролетах до 150 м строились реже балочных, так
как распорные системы требуют более дорогих опор, а безраспорные
обычно не дают экономии в металле. Кроме того, балочные пролет-
-ные строения изготовляют серийно по типовым проектам, а стальные
«арочные мосты чаще — по индивидуальным: их криволинейные
элементы труднее типизировать, а изготовлять их нужно с большой
точностью, так как отклонения от оси арки и от заданных размеров
между опорными частями могут вызвать значительное изменение
усилий в арках. /
Проф. Н. С. Стрелецким доказано, что при пролетах более 180—
200 м балочные мосты уступают арочным по массе и экономичности,
что позволяет применять арочные пролетные строения меньших
пролетов лишь при благоприятных геологических условиях
По архитектурным соображениям (например, в городах) арочные
мосты могут быть целесообразными и при меньших пролетах, приме-
ром чему могут служить построенные в 1907 г. по проекту проф.
Л. Д. Проскурякова два железнодорожных моста в г. Москве
(рис. 267). Арочные мосты строят также и для перекрытия боль-
ших пролетов При большой высоте' опор, применяя навесной монтаж
арок.
Классификация арочных мостов является частью общей класси-
фикации мостов: по конструкции они могут быть со сплошными или
со сквозными арками, по уровню езды — с ездой поверху, понизу
или посередине, по статической схеме — распорными (рис. 268, а—в)
или безраспорными (рис. 268, г—ж). Арки металлических мостов
можно сделать бесшарнирными, Двухшарнирными и трехшарнир-
ными; наиболее соответствующими для металла конструктивными
формами являются двухшарнирные арки и арочные фермы.
Пролетные строения со сплошными арками с ездой поверху сос-
тоят из арок и надарочного строения (стоек и проезжей части). Кро-
ме того, имеются продольные и поперечные связи в различных пло-
скостях.
333
В обычной арочной конструкции (см. рис. 268) момент инерции
сечения арок значительно превышает момент инерции продольных
балок надарочного строения. Нормальные силы и изгибающие мо-
менты воспринимаются арками. В гибкой арке с жесткой балкой (см.
рис. 268, б) все моменты переданы на балку, а арка работает только
на сжатие. В этой системе момент инерции балок значительно пре-
вышает момент инерции арок (примерно в 80—100 раз).
Пологость арок (отношение стрелы подъема к пролету) в мостах
с ездой поверху в Стесненных по высоте условиях достигает в исклю-
чительных случаях 1/15—1/18. По возможности не следует проекти-
ровать арки положе 1/8 4- 1/10 в связи с большой величиной распора
в них и, как следствие, — большим объемом опор. При езде понизу
и посередине, аркам нужно придавать оптимальную стрелу подъе-
ма — примерно 1/5 пролета, по архитектурным соображениям иног-
да немного меньше — около 1/6.
Высоту сплошных-арок назначают в., зависимости от ряда условий:
наименьшая масса конструкции; обеспечение требуемой вертикальной
жесткости; архитектурные соображения; конструктивно-производ-
ственные условия (устройство вертикальной стенки арок без гори-
зонтального стыка). Рациональными можно считать отношения высоты
сплошных арок в замке к величине пролета в 1/40 для железнодорож-
ных мостов и примерно в 1/60—1/70 для автодорожных и городских.
В системах с гибкими арками их высота обычно сохраняется по-
стоянной по всей длине и делается возможно меньшей, чтобы выдер-
жать отношение моментов инерции сечений арки и балки жесткости
(балка жестче арки в 80—100 раз). Высота балки, кроме обычных
требований экономичности, часто определяется условием допусти-
мого прогиба в четверти пролета при загружении половины пролета
и динамическими характеристиками пролетного строения (частотой
колебаний).
Ориентировочная высота балки жесткости 1/404-1/60 пролета.
Аркам, предназначенным для восприятия не только нормальных сил,
но и изгибающих моментов (см. рис. 268, а, в), придают обычно ко-
робчатые сечения — открытые снизу или замкнутые, с перфорацией
''нижних листов, а при большой высоте сечения — без нее.
Рис 267. Мост через р. Москву
.334
Сечение клепаных арок набирают из уголков и листов, коробчатое
сечение сварных арок — только из листов, по возможности одиноч-
ных (но не превышающих установленную в нормах наибольшую
толщину 40 мм), в крайнем случае в виде сварных пакетов. Двутавро-
вое поперечное сечение для таких арок менее пригодно и может быть
принято лишь при небольших пролетах. Для сохранения неизменяе-
мости корбчатого сечения ставят вертикальные, а иногда и горизон-
тальные диафрагмы. В диафрагмах оставляют отверстия для осмотра
и окраски. Число арок в однопутных железнодорожных пролетных
строениях с ездой поверху равно двум, в двухпутных — двум или
четырем. Первое решение (две арки), если учесть сокращение объема
опор, обычно получается более экономичным.
Расстояние между осями крайних арок должно быть по условию
поперечной жесткости не менее 1/20 пролета и получается поэтому
больше нормального расстояния между продольными балками проез-
жей части железнодорожного пролетного строения,. В . связи с этим
в пролётных строениях по схеме, Представленной на рис. 268, а,
на стойки надарочного строения опираются поперечные балки, к ко-
торым прикрепляются продольные балки аналогично тому, как это
выполняется в балочных пролетных строениях с ездой поверху.
Длину панели выбирают так же, как и в балочных пролетных строе-
ниях; она составляет 8—11 м.
Кроме продольных связей в плоскости проезжей части нужны про-
дольные связи между арками. В зависимости от высоты арок устраи-
вают одну или две системы таких связей.
Пролетные строения со сквозными арочными фермами находят
применение при большой высоте моста и при езде понизу в сочетании
с большой величиной пролета (свыше 100—150 м).
Наивыгоднейшая в отношении массы высота арочных ферм посе-
редине пролета в мостах железнодорожных 1/16,5—1/14,5 пролета,
335
автодорожных и городских — 1/25—1/16,5 пролета. Однако в осу-
ществленных мостах высота арочных ферм из архитектурных сообра-
жений обычно меньше и составляет: в мостах железнодорожных
1/15—1/25 пролета, в мостах автодорожных и городских 1/25—1/40
пролета.
. Высоту ферм можно уменьшать от среднего сечения к пятам на
всей их длине — серповидные арочные фермы (рис. 269, а), сохра-
нять постоянной (рис. 269, в, д'), увеличивать к опорам (рис. 269, г)
или, оставляя постоянной на большей части длины, резко уменьшать
в пределах крайних панелей (рис. 269, б, ё).
При схеме по рис. 269, в порталы, через которые ветровая нагруз-
ка с верхних продольных связей между арочными фермами передается
на связи в плоскости проезжей части и далее на опоры, расположены
в плоскости подвесок, или в плоскостях первых панелей верхних
поясов. При схеме по рис. 269, г порталы по архитектурным сооб-
ражениям можно устроить в плоскостях опорных стоек.
Рис. 269. Схемы пролетных строений со сквозными арочными фермами:
а — мост под совмещенную езду в СССР (по проекту Н. С. Стрелецкого); б — клепа-
но-сварной автодорожный мост через р Гломма в Норвегии; в — проект городского моста
в Москве (Гипротрансмост); г — железнодорожный мост в СССР; д — мост под два желез-
нодорожных пути в СССР (ЦНИИ ИСК), е — автодорожный мост через р. Москву (ЦНИИ
ИСК)
Схемы арочных ферм по рис. 269, а, б, в, г имеют тот недостаток,
что длина их элементов и углы между элементами в узлах неодинако-
вы по длине арки, т. е. не соответствуют требованию унификации
геометрических размеров. «Проектстальконструкцией» предложены
и осуществлены арочные фермы с затяжкой (рис. 269, д), в которых
оба пояса вписаны в дуги круга и разбиты на панели одинаковой дли-
ны: 11,0 м—верхний пояс и 10,28 м—нижний пояс. В этом случае
применена треугольная решетка, при которой сопряжения элементов
в узлах имеют одинаковые углы. Расстояния между подвесками
при этом получаются неодинаковыми, в связи с чем применено вне-
узловое прикрепление поперечных балок (проезжая часть разбита
на равные панели), а в плоскости арок поставлены затяжки или про-
дольные балки (в распорных системах), способные работать на изгиб
от воздействия на них опорных давлений поперечных балок. Только
в крайних панелях длина элементов нижнего пояса принята равной
9,858 м для того, чтобы получить вертикальные порталы.
Другой пример ферм с унифицированными длинами элементов
(за исключением крайних панелей) с повышенным расположением
проезжей части приведен на рис. 269, е.
Отношение стрелы подъема арочных ферм (считая ее от линии,
соединяющей пятовые шарниры, до середины высоты ферм в среднем
сечении) к пролету может быть, как видно из схем, приведенных
на рис. 269, различным. При желании уменьшить распор и создать
более выгодные условия для проектирования опор это отношение
достигает 1/3—1/3,5; для арочных ферм с / затяжками оптимальное
отношение стрелы подъема к пролету — около 1/5.
Поперечные сечения элементов сквозных ферм такие же, как в ба-
лочных фермах. Однако в арочных фермах оба пояса работают на сжа-
тие, поэтому форма со сплошным поперечным листом для них пред-
почтительнее. Особенно можно рекомендовать сечения Н-образные,
но не исключено применение и Коробчатых сечений. Узлы арочных
ферм проектируются по тому же методу, что и узлы балочных ферм
(см. § 4, гл. XIX), но с учетом особенности геометрических схем
арочных .ферм и способов сборки.
§ 3. Пролетные строения комбинированных систем
К комбинированным относятся системы, сочетающие балки с фермами
или балки с арками, например гибкие арки с балками жесткости.
В таких пролетных строениях (см. рис. -268, б) балки жесткости яв-
ляются основными несущими элементами конструкции и должны иметь
значительные размеры сечения. Поэтому может оказаться целесооб-
разным иметь балок больше, чем арок (рис. 270), а также объединить
железобетонную или стальную ортотропную плиту с балками для
совместной работы.
Гибким аркам придают Н-образное или коробчатое сечение, но
так, чтобы при необходимой площади сечения момент инерции относи-
тельно горизонтальной оси был сравнительно мал, а относительно
337
вертикальной оси доста-
точно велик. Балки жест-
сечения
С середине полети у одной из стоек
Ж [I 3400
кости имеют обычно дву-
тавровое сечение, а ' “
езде понизу — чаще
- робчатое, замкнутое
открытое снизу.
В конструкции автодо-
рожного моста (см. рис. 270)
четыре балки жесткости
при
ко-
или
двутаврового сечения и две
гибких арки Н-образного
сечения. Балки жесткости
Рис. 270. Поперечный разрез пролетного строе- опираются на арки через .
ния с гибкими арками и балками жесткости усиленные поперечные
(при езде поверху) связи, расположенные в
узлах надарочного строе-
ния, и через стойки, а в середине пролета связи опираются прямо
на арку.
В пролетных строениях со сквозными арочными фермами также
возможны сочетания их с балочными фермами или со сплошными бал-
ками, перекрывающими соседние пролеты меньшей величины. Вся
конструкция превращается при этом в неразрезную (рис. 271, а)
цли консольную (рис. 271, б). В среднем пролете целесообразно по-
ставить затяжки и сделать систему внешне безраспорной. Возможны
и другие сочетания арочных и балочных ферм, объединенных в не-
разрезные или консольные системы.
Из комбинированных систем под железную дорогу чаще всего применяют
арки с затяжкой (см. рис. 269, г. д). Интересным примером конструктивного ре-
шения по схеме «жесткая арка с затяжкой» является построенный в 1963 г. совме-
щенный (под железную и автомобильную дороги) мост с главным пролетом 248,4 м
через пролив у о. Фемарн (Дания).
Рис. 271. Схемы сочетаний арочных и балочных ферм в мостах по проекту
ЦНИИ иск
а — автодорожный мост через р Москву, б — городской мост через канал им Москвы
338
1ив1миим
Рис 272 Схема цельносварного пролетного строения:
1 — верхние продольные связи; 2 — портал; 3 — фасад; 4 — поперечные связи в пролете, 5 —
нижние продольные связи, 6 ~~ проезжая часть и тормозные связи
Перспективной комбинированной системой для железнодорожных пролетных
строений является сквозная ферма с жестким нижним поясом. Эта система поз-
воляет обеспечить минимум расхода металла, сочетая оптимальную по массе па-
нель проезжей части (5—6 м) с наивыгоднейпГей панелью главных ферм и исполь-
зуя преимущества сварной конструкции. ____________
Примером может служить предложенное проф. | К» Г. Протасовым | и постро-
енное в 1952 г. цельносварное пролетное строение пролетом 66 м (рис. 272), кон-
струкция узлов которого приведена на рис. 262. Такое пролетное строение можно
рассчитывать приближенно, разделяя его на две плоские системы (главные фермы
с жестким нижним поясом) и проезжую часть. Жесткий нижний пояс воспринимает
изгибающие моменты от внеузлового прикрепления поперечных балок. В резуль-
тате получена экономия металла около 22% по сравнению с типовым клепаным
пролетным строением того же пролета.
Примером развития конструктивной формы стальных железнодорожных мо-
стов с жестким нижним поясом являются болто-сварные пролетные строения со
сплошным листом мостового полотна (см. рис. 238). При этом жесткий нижний
пояс включает сплошной лист, продольные балки и остатки нижних поясов.
,Дальнейшим развитием конструктивных форм железнодорожных мостов с
жестким нижним поясом можно считать болто-сварные пролетные строения тре-
угольного сечения, имеющие единый нижний пояс со сплошным листом мостового
полотна, наклонные главные фермы с треугольной решеткой без стоек и подве-
сок и единый верхний пояс коробчатого (трапециевидного) сечения. Такие пролет-
ные строения будут отличаться повышенной жесткостью (что позволит успешно
применять в них высокопрочную сталь) и экономией металла из-за отсутствия
верхних и нижних продольных связей и рационального использования высокопроч-
ной стали в едином верхнем поясе.
ЛАВА XXI
РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИИ
§ 1. Основы расчета по предельным состояниям
Стальные пролетные строения рассчитывают по первому и 'второму
предельным состояниям. По первому (подгруппы IA и 1Б) делают
проверку несущей Способности по прочности, общей и местной устой-
чивости и по выносливости (по выносливости проверяют не только
железнодорожные, но и стальные автодорожные и городские мосты),
а также расчет против опрокидывания. По второму предельному сос-
тоянию (группа II) проверяют прогибы, углы поворота и колебания.
Общие для всех мостов значения расчетных нагрузок и их коэф-
фициентов перегрузки для различных сочетаний и для каждого пре-
дельного состояния приведены в § 3 главы I.
Динамический коэффициент для временной вертикальной нагруз-
ки при расчете пролетных строений всех систем, кроме пилонов и
главных ферм висячих мостов, принимают:
железнодорожных 1 + р, = 1 + ;
(XXI. 1)
автодорожных и городских 1 -ф р =
+ -^,
37,5 +%
где X — длина пролета или длина загружения линии влияния,' если
она больше пролета.
Особенности определения динамического коэффициента для не-
разрезных, висячих, вантовых и комбинированных систем приводятся
в нормах и указаниях по проектированию мостов и труб.
Для горизонтальных нагрузок динамический коэффициент при-
нимают равным 1,0.
Расчетные сопротивления установлены, исходя из величины нор-
мативного сопротивления, за которое принят предел текучести стали,
поскольку текучесть обусловливает такое развитие пластических
деформаций элементов конструкции, что оно может рассматриваться
как предельное. Номер класса стали означает величину предела теку-
чести в кгс/мм2 или обозначается дробью: в числителе — предел
прочности, в знаменателе — предел текучести.
Основные расчетные сопротивления сталей До (табл. 16) получа-
ют по общей методике предельных состояний с введением для мосто-
вых конструкций согласно «Указаниям» общего коэффициента усло-
вий работы /пх = 0,9 и коэффициента надежности кн = 1,1 Н-4,35
для подгруппы IA. Для подгруппы 1Б и второго предельного состоя-
ния коэффициент надежности принимают равным 1,0.
340
Таблица 16
Основные расчетные сопротивления сталей в кгс/см2
Класс стали Характеристика стали Марка стали Вид изделия и толщина, мм Основные
С 38/23 Углеродистая М16С Сг 3 мост npOKat 6=4-4-40 Листы 6=414-60 2100
С 50/35 Низколегированная 15ХСНД Прокат 6=4-4-32 Листы 6=33—50 2900 2800
С 55/40 Повышенной прочно- сти для Северной зоны Б (ниже ми- нус 50° С) 10ХСНД 14Г2АФД Прокат 6=44-40 2900
То же для Северной зоны А (до минус 50° С) 14Г2АФД То же 3200
То же в конструкци- ях обычного ИСПОЛг нения (до минус 40° С) Высокой прочности для обычных кон- струкций 14Г2АФД * 3500
С 80/60* 12Г2СМФ 15ХГ2СМР Прокат 6=44-32 4400
С 100/80* То же 18ХГТ ЗОХГС То же 6000
* Стали этих классов и марок еще не вошли в ГОСТ на сталь для мостовых конструк-
ций.
Производные расчетные сопротивления получают умножением
основного на переходные коэффициенты, равные: на срез 0,6 (в соот-
ветствии с энергетической теорией прочности), на смятие торцовой
поверхности 1,5 (при наличии пригонки); на диаметральное сжатие
шарниров при плотном касании 0,75, при свободном касании 0,04.
При неравномерном по высоте сечения элемента распределении
касательных напряжений их предельные значения (0,6 Ro) можно уве-
личить умножением на коэффициент с' = 1,0 при отношении макси-
мальных касательных напряжений к средним не более 1,25 и с' = 1,25
при этом отношении более 1,5; при промежуточных значениях с'
определяется по линейной интерполяции. Здесь среднее касательное
Q
напряжение тср = вычисляют в предположении среза стенки эле-
мента высотой h и толщиной 6 поперечной силой Q.
В расчетах на общую устойчивость понижение несущей способ-
ности сжатых элементов учитывают введением коэффициента ф, ве-
личина которого зависит от гибкости элемента X = -, где 10 — сво-
бодная длина элемента, г = — радиус инерции его сечения.
Для внецентренно сжатых элементов коэффициент ф зависит, кроме
' 341
того, и от относительного эксцентриситета i = где р =^в
ядровое расстояние по направлению эксцентриситета е0.
Значения коэффициентов <р приведены в указаниях и нормах.
В расчетах на выносливость вводят коэффициент у понижения
расчетного сопротивления, определяемый согласно СН 200—62 для
металла клепаных и сварных конструкций при преимущественном
растяжении, а также для заклепочных и болтовых соединений^по
формуле
у =-----------------< 1.
Y (ар+&)-(вр-Ь)р
(XXI.2)
В этой формуле Р — эффективный коэффициент концентрации
напряжений; р = о'мин/<тмакс — коэффициент асимметрии цикла
переменных напряжений; <тмакс и °мин — наибольшее и наименьшее
(по абсолютной величине) значения напряжений со своими знаками
(плюс — растяжение, минус — сжатие); а и b — коэффициенты, за-
висящие: коэффициент а — от режима нагрузки, коэффициент b —
от отношения основного расчетного сопротивления 7?0 к временному
сопротивлению стали на растяжение <увр.
Для элементов, испытывающих от внешних нагрузок преимущест-
венное сжатие (пмакс < 0) при проверке по омакс:
- ; <хх,'2а>
Значения коэффициентов р приведены в указаниях и нормах.
Для основных элементов из’ углеродистой стали класса С 38/23
принято а = 0,58, b = 0,26; из низколегированной стали класса
С 50/35 — а = 0,65, b = 0,30; из сталей повышенной и высокой проч-
ности можно принимать: класса С 55/40 — а = 0,75, b = 0,32, класса
С 80/60 — а = 1,0, 6 = 0,3, класса С 100/80 — а = 1,1, 6=0,4.
Для элементов проезжей части и элементов главных ферм, рабо-
тающих на местную нагрузку, при длине загружения К < 22 м вслед-
ствие иного режима нагрузки, а именно максимального колебания
напряжений от омин до омакс при проходе каждой вагонной тележки,
а не всего поезда коэффициенты а увеличиваются умножением на ве-
личину Л, равную
Л = 5 — В%>1. (XXI.3)
Значения Б и В в зависимости от коэффициента р и величины А
в функции от К и р приведены в указаниях и нормах.
Для элементов и соединений автодорожных и городских мостов ве-
личины а во всех случаях принимаются уменьшенными" на 30%.
Расчет заклепочных соединений производится по срезу и смятию.
Удобно использовать значения величин, на которые нужно умножить
рабочие площади элементов, чтобы получить число заклепок, необ-
ходимое для их прикрепления.
342
Предельное усилие на одну заклепку равно:
по одиночному срезу
Scp = -“ £СРЯОЗ; (XXI.4)
по смятию
"5см = d8kCJiR0,
где /гср и kotl соответствующие коэффициенты перехода к произ-
водным расчетным сопротивлениям;
7?о. з — основное расчетное сопротивление для металла за-
клёпок;
d — диаметр заклепки;
6 — толщина листа.
Предельное осевое усилие в элементе
•5Эл ~ ^раб По-
следовательно, количество заклепок, необходимое для прикреп-
ления элемента, равно:
по срезу
п = Лд. = -= Иор Fpa6; (XXI.5)
Sep Jld^
4 «ср Ко.з
ПО СМЯТИЮ
где
Нср=-^~(XXI.7)
ft#2 t. 3
~4~ *°Р
Нсм=-^—. (XXI.8)
ЛОЙСМ
Для заводских заклепок kep = 0,8; kCM = 2,0; для монтажных
заклепок вследствие менее гарантированного качества их постановки
kcp = 0,7; kcu = 1,75.'
Отношение = 1, если прикрепляемый элемент и заклепки
изготовлены из металла соответствующих по прочности марок, на-
пример, элемент из стали марки СтЗ мост, а заклепки из стали марки
Ст2. Если же, как это иногда делают, основной элемент из низколе-
гированной стали, а заклепки (для упрощения их постановки) из ста-
ли марки Ст2, то = -|у^- = 1,4. В СН 200—62 для этого слу-
чая при расчете на срез приняты коэффициенты перехода [т. е.
343
Таблица 17
Значения коэффициентов ,иср И рсм
Коэффи- циенты Материал заклепок и конструкции . Диаметр заклепочного отверстия, мм
20 1 23 | 26
Тип заклепок
8 1 « 3 1 м 3 1 м
Иср Однотипный Разнотипные 0,398 0,579 0,455 0,037 0,301 0,438 0,344 0,482 0,236 0,343 0,269 0,377
Рем Однотипный или разнотипный 0,250 6 0,286 6 0,217 6 0,248 S 0,192 6 0,220 S
/гср ~“3^> равные при заводских заклепках 0,55, при монтажных—
0,50. °
При расчете заклепочных соединений, находящихся в сложных
условиях работы, принимают коэффициенты условий работы т2 (см-
ниже).
Число заклепок в соединении можно определять по формулам
(XXI.5) и (XXI.6), подставляя в них значения рор и рсм из табл. 17,
где з — заводские, м — монтажные заклепки.
Здесь рср и рсм — коэффициенты, определенные по формулам
(XXI.7) и (XXI.8) и показывающие, сколько заклепок необходимо
для прикрепления 1 см2 рабочей площади.
Для заклепок, работающих на двойной срез, коэффициенты рср
нужно уменьшить в 2 раза.
В знаменателе для рсм величина 6 —толщина более тонкого из сое-
диняемых элементов.
Под рабочей площадью элемента следует понимать: для растяну-
тых элементов FHT, для сжатых — q>Fбр. При расчете на выносливость
элементов, работающих от внешней нагрузки на преимущественное
сжатие, принимая Fva6 — FHT, необходимо в правую часть формулы
(XXI.5) ввести множитель, равный отношению соответствующих
коэффициентов для основного металла ус и для заклепок у3, так
как формула (XXI.2а) относится только к основному металлу, а для
заклепок остается в силе формула (XX 1.2). Для элементов, работаю-
щих на преимущественное растяжение, — 1.
Фрикционные болты рассчитываются на предельное усилие S6
(табл. 18), которое можно воспринять силой трения между соединяе-
мыми частями. Это усилие принимают равным (на каждую плоскость
контакта):
s6 = 0,78Л7/,
(XX 1.9)
344
rfl,&N=k-^-Rn — расчетное усилие натяжения одного болта;
k — коэффициент однородности;
f — коэффициент трения, принимаемый (при песко-
струйной очистке поверхностей контакта) для
углеродистой стали равным 0,40 и для низколе-
гированной 0,45;
Rn — временное сопротивление материала болта (для ста-
ли 40Х после термообработки Rn = 12000 кгс/см2);
0,78 — коэффициент условий работы.
Для болтовых соединений, так же -как и для заклепочных, можно
найти значения цб (табл. 18), определяющие число болтов на единицу
площади поперечного сечения прикрепляемого элемента:
п=_(XXI.10)
Гб 0,78 ' 7
Сварные соединения встык считают имеющими ту же прочность,
что и основной металл. При расчете таких соединений на выносли-
вость принимают коэффициенты у по формуле (XX 1.2) или (XX 1.2а)
с подстановкой соответствующего соединению коэффициента 0.
Угловые сварные швы рассчитывают по следующим формулам:
на прочность
— <0,757?о; (XXI. 11)
Рш
на выносливость
-^<0,75v7?o, (XXI. 12)
где Дщ = 2/гш/ш— суммарная площадь угловых швов;
/гш — при автоматической сварке высота катета
шва без учета его усиления (выпуклости),
при ручной сварке /гш = 0,7 высоты катета
шва также без учета усиления;
0,75 Ro — расчетное сопротивление на срез (с учетом
коэффициента с', см. с. 341).
Таблица 18
Нормативные величины сопротивлений фрикционных болтов
Диаметры, мм тс Соединяемые элементы из стали
болта отверстия углеродистой низколегированной
Иб | %тс Иб Зб, тс
18 21 13 0,462 4,1 0,587 4,6
22 25 20 0,306 6,2 0,386 7,0
24 28 24 0,253 7,5 0,322 8,4
345
§ 2. Расчет пролетных строений со сплошными главными балками
Общие положения. Если при применении сплошных балок в качестве
пролетных строений железнодорожных мостов езда устраивается
на поперечинах, то обычно мостовое полотно укладывают непосредст-
венно на главные балки, которые и подлежат расчету. При наличии
железобетонной плиты ее как в железнодорожных, так и в автодо-
рожных пролетных строениях рассчитывают в соответствии с ука-
заниями гл. XII, как элемент проезжей части.
Так как сопротивляемость стальных балок повороту верхнего
пояса обычно невелика, а жесткость железобетонной плиты сущест-
венна, то последнюю можно рассматривать в железнодорожных про-
летных строениях как двухконсольную свободно опертую на глав-
ные балки, а в автодорожных пролетных строениях — как неразрез-
ную. Можно произвести более точный расчет пролетного строения
как пространственной системы с учетом кручения балок.
Кроме того, железобетонную плиту, если она объединена со сталь-
ной конструкцией, рассчитывают как элемент главных балок или ба-
лок проезжей части. Стальной настил подлежит расчету и на мест-
ную нагрузку и как образующий ортотропную плиту в составе глав-
ных балок (коробок) или балок проезжей части.
При этом в верхней фибре стальной ортотропной плиты авто-
дорожных мостов от местной нагрузки желательно иметь около
Vs /?, а от работы плиты в составе главных балок (коробок) — 2/з Я.
где Я — расчетное сопротивление стали.
Для расчета главных балок определяют наибольшие величины из-
гибающих моментов и поперечных сил от постоянной и временной
нагрузок и строят эпюры моментов и поперечных сил по прочности и
выносливости (см. § 2, гл. XII), используя линии влияния и эквива-
лентные нагрузки. Для автодорожных мостов дополнительно вычис-
ляют коэффициент поперечной установки. Автодорожные пролетные
строения рассчитывают на нагрузку от автомобилей Н-30 и толпы,
а также отдельно — на колесную нагрузку НК-80; из этих двух выби-
рают худший случай. Для Пролетов свыше 40 м_обычно превалирует
первый вид загружения.
Расчет по выносливости автодорожных пролетных строений про-
изводится только на нагрузку от колонн .автомобилей, так как колес-
ная нагрузка не является периодически действующей. >
Подбор поперечных сечений главных балок ведут по условиям
прочности, выносливости, устойчивости (первое предельное состоя-
ние) и жесткости (второе предельное состояние). '
Прочность проверяют:
по нормальным напряжениям
п = (XXI.13)
НТ
по касательным напряжениям
T = _^S6^^C,.O16P (XXI. 14)
О?бр
346
й по приведенным напряжениям
апр - У0?8о2 + 2,4т2 Ro. (XXI. 15)
Момент сопротивления нетто IFHT определяют, учитывая ослаб-
ление сечения отверстиями для заклепок. В сварных балках, имею-
щих монтажные стыки на заклепках или фрикционных болтах, сече-
ния по стыкам также прюверяют по IFHT, остальные сечения по IF6p
(если в них нет ослаблений).
Подбор сечения главных балок постоянной высоты* по формуле
(XXI. 13)'следует делать по наибольшему изгибающему моменту, ру-
ководствуясь требованиями конструктивного характера, изложенными
в гл. XVIII, § 1. При этом толщина стенки должна быть назначена
такой, чтобы удовлетворить условию (XXIЛ4).
Затем полученное из условия прочности сечениё балки проверяют
на выносливость по формуле -
(XXL16)
НТ
где М' — значение изгибающего момента от нагрузок, установлен-
ных для расчетов на выносливость;
у определяют по формуле (XXI.2) в зависимости от р =
и от р. В разрезных балках сгмин определяют от одной по-
стоянной нагрузки, амакс — от постоянной и временной
нагрузок. Для сечения балок, имеющих двузначные ли-
нии влияния, амин и <тмакс определяют соответствующим
загружением временной нагрузкой участков линии влия-
ния разных знакрв (см. гл. XII, стр. 169).
Проверку общей устойчивости балки допускается заменять услов-
ным расчетом сжатого пояса на устойчивость из плоскости балки
как центрально сжатого стержня по формуле
= -2s- " (XXI.17)
Ф^п.бр Ф
Здесь Fn. бр — площадь сечения пояса брутто;
оп — напряжение на уровне центра тяжести сжатого пояса.
Коэффициент ф уменьшения несущей способности сжатого элемен-
та по общей устойчивости определяют в зависимости от гибкости пояса
балки X = р При этом за свободную длину Zo принимается расстоя-
ние между центрами узлов продольных связей в плоскости сжатого
пояса (длина панели связей), а радиус инерции г вычисляют относи-
тельно вертикальной оси, рассматривая сечение пояса как состоя-
щее: в клепаных балках — из уголков, горизонтальных листов и части
вертикального листа в пределах вертикальных полок уголков; в свар-
ных балках — из горизонтальных листов и части вертикальной
стенки в размере (14 4- 11,5) 6.
347
Напряжение сгп в формуле (XXI. 17) относится к центру тяжести
площади поперечного сечения пояса в указанном выше составе:
= (XXI. 18)
где /бр — момент 'инерции всей балки брутто;
уц — расстояние от центра тяжести всего сечения балки до
центра тяжести сжатого пояса.
При достаточном развитии сжатого пояса в ширину и при нали-
чии крестовых и треугольных связей нет оснований опасаться потери
общей устойчивости балки. Установлено, что если расстояние между
узлами продольных связей не превышает 15-кратной ширины сжатого
пояса для углеродистой стали или 13-кратной для низколегирован-
ной, проверку по формуле (XXI. 17) можно не делать.
Расчет по приведенным напряжениям разрезных балок обычно
не приводит к необходимости изменения их поперечного сечения,
удовлетворяющего всем указанным выше расчетам, и носит, следова-
тельно, проверочный характер. Приведенные напряжения вычисля-
ют для тех сечений и для тех мест по высоте сечения, в которых можно
ожидать сочетания больших значений о и т. Такими местами по высоте
сечения будут: для клепаных балок — по оси поясных заклепок, для
сварных — по нижней плоскости горизонтального листа (см. на
рис. 273 эпюры нормальных о и касательных т напряжений).
Проверку приведенных напряжений в простых балках следует вы-
полнять в местах изменения состава сечения, т. е. там, где а и т имеют
местные скачкообразные увеличения.
В неразрезных балках (а иногда и в консольных) имеются сече-
ния, где совпадают наибольшие значения изгибающего момента и
поперечной силы. Здесь в первую очередь необходимо проверить при-
веденные напряжения, причем эта проверка может оказаться ре-
шающей для определения размеров и состава балки.
Определение места обрыва горизонтальных листов ведут, нанося
на эпюры изгибающих моментов от нагрузок, принятых в расчетах
выносливость, значения момен-
тов, воспринимаемых сечениями
балки с различным числом го-
ризонтальных листов (рис. 274).
По условию прочности воспри-
нимаемый балкой изгибающий
момент равен
М = Гнт7?и;
по условию выносливости
М' = №итт/?и, (XXI. 19)
где Ц7НТ — момент сопротивления
сечений балки с раз-
ным числом горизон-
тальных листов.
на прочность и в расчетах на
Рис 273 Эпюры нормальных о и каса-
тельных т напряжений в балках
348
Коэффициент уменьшения расчет-
ных сопротивлений по выносливости
у зависит от р и,
г <*макс Ммакс
следовательно, имеет разные значения
по длине балки. Поэтому определе-
ние мест обрыва горизонтальных ли-
стов по второму условию приходится
выполнять с внесением последова-
тельно поправок в значения коэффи-
циента у, который зависит не только
от р, но и от р.
Горизонтальные листы продол-
жают за место теоретического обрыва *
на длину, необходимую для прикреп-
ления всей рабочей площади сечения
листа.
Л/7 прочности
В сварных балках изменение мо-
мента сопротивления по длине балки
ВИЮ выносливости
достигается переходом на другую ши-
рину и толщину горизонтальных листов (см. гл. XVIII, § 1) Размеры
горизонтальных листов сварных балок устанавливают подбором по
изгибающим моментам в нескольких сечениях балки или же, назна-
чив конструктивно рациональное изменение этих размеров, опреде-
ляют по эпюрам изгибающих моментов сечения, отвечающие соот-
ветствующим моментам сопротивления балки.
Толщину вертикальных листов в клёпаных балках обычно назна-
чают одинаковой на всей длине балки. В сварных балках толщину
вертикального листа желательно брать одинаковой, но над опорами
неразрезных балок ее несложно изменить в соответствии с изменением
поперечной силы, устраивая заводские сварные стыки вертикальных
листов.
Балка по принятому варианту должна удовлетворять установлен-
ным нормам жесткости. Прогиб определяется в упругой стадии работы
балки от нормативных нагрузок (без коэффициентов динамики и пе-
регрузки) по обычным формулам строительной механики, и не дол-
жен превышать установленного нормами.
На эксплуатационные характеристики мостов большое влияние
оказывает величина периода 4 собственных колебаний пролетных
строений, которая не должна совпадать с наиболее вероятной ве-
личиной интервала воздействий нагрузки или быть кратной ей.
При несоблюдении этого условия могут возникать недопустимо боль-
шие колебания пролетных строений. Из этих соображений период
свободных поперечных колебаний железнодорожных балочных раз-
резных пролетных строений (если специальный динамический расчет
не производится) должен быть не более 0,01 / 1/с и не более 1,5 1/с (где
I — пролет в м); для автодорожных и городских пролетных строений
расчетный период свободных колебаний не должен находиться в ин-
349
тервале 1,2—1,45 с в Горизонтальной и половины этих величий —
в вертикальной плоскости. /
Местная устойчивость стенки балки обеспечивается, как правило,
вертикальными, а в высоких балках, кроме того, и горизонтальными
ребрами или уголками жесткости.
Отсек стенки между ребрами рассматривается, как пластинка, упру-
го защемленная в поясах балки и свободно опертая на поперечные и
продольные ребра жесткости. В общем случае расчет устойчивости
такой пластинки производится на нормальные сжимающие напряже-
ния о, касательные напряжения т и местные вертикальные сжимающие
напряжения на кромке стенки от временной нагрузки р, определяе-
мые по сечению брутто.
Нормальные напряжения о* определяют для наиболее сжатой кром-
ки отсека по среднему значению изгибающего момента в пределах
его длины, если она не превышает высоты отсека. Средние касатель-
ные напряжения при отсутствии продольных ребер принимают в раз-
мере две трети максимальных касательных напряжений в сечении
отсека, найденных по среднему значению поперечной силы в преде-
лах отсека. При наличии продольных ребер
т== ji+jg- , (XXI 20)
где тх и т2 — соответственно касательные напряжения на верхней и
нижней границах отсека, вычисленные тоже по сред-
р—— нему значению поперечной силы.
J Местные напряжения р в железнодорожных пролетных строениях
определяют от нагрузки 2К = 28 тс/м пути (для С14), полагая, что
давление от оси в 2,5 К тс распределяется на 1,25 м.
В автодорожных пролетных строениях давление колеса при опре-
делении р принимается распределенным на площадку
(а + 2Я) 6,
где а — длина опирания колеса вдоль пролета балки;
Н — расстояние от верха дорожного покрытия до верха стенки;
б — толщина стенки.
Напряжения <т и т определяют с учетом коэффициентов динамики
и перегрузки от постоянной и временной нагрузок, причем величина
%, входящая в расчетные значения указанных коэффициентов, при-
нимается такой же, как и в,основном расчете на прочность. ЦНИИС
разрешает принимать X при определении р такой же, как при опреде-
лении пит.
Напряжение р определяют только от временной нагрузки; коэф-
фициенты перегрузки и динамики в железнодорожных пролетных
строениях вычисляют для условного значения % — 3 м; в автодорож-
ных — принимают % равным длине распределения давления колеса
а + 2 Н.
350
Для одной балки железнодорожного моста р в кгс/см2 определяют
по формуле
= ni(l + p.)2,5K = 1,29 • 1,55 • 2,5-14 000 280
Р~ 125-26 ~ 250 6 б
Условие, характеризующее местную устойчивость стенки, имеющей
только поперечные ребра жесткости:
1/(— + -М2 + (-У (XXI.21)
V \ По Ро J \ т0 /
где т — коэффициент условий работы, равный 1,0 для клепаных
и 0,9 для сварных балок;
<т0, Ро, то — парциальные критические напряжения: нормальное,
местное сжимающее и касательное (см. «Указания»).
Для сварных балок принят несколько меньший коэффициент ус-
ловий работы в связи с возможными начальными искривлениями стен-
ки при сварке, понижающими местную ее устойчивость (эти искрив-
ления не должны быть больше 0,006 высоты стенки).
При наличии поперечных и одного продольного (в сжатой зоне)
ребер расчет местной устойчивости стенки производится по формулам:
а) для отсека между сжатым поясом и горизонтальным ребром
+ + — (XXI.22)
Hoi Pol т \ Т01 /
б) для отсека между растянутым поясом и горизонтальным ребром
1Z + + (XXI.23)
V \ По2 р02 / \ Т02 /
Ti, Р1Л __ относятся к отсеку между сжатым поясрм и ребром
^01, Toi, PoiJ и определяются для стенки только с поперечными реб-
рами жесткости;
а2» т2, р2> \ — относятся к отсеку между растянутым поясом и ребром
ао2, то2, Рог) и определяются аналогично тому, как это делается для
первого отсека. Местные сжимающие напряжения р2
определяются по формуле
Р^Р2^, (XXI.24)
где h — расчетная высота стенки;
7гт — высота отсека у сжатого пояса;
р — местное давление на верхнюю кромку стенки (в плоскости
приложения нагрузки).
В сварных балках:
h — полная высота стенки;
— расстояние от кромки стенки до продольного ребра.
В клепаных балках h и h± измеряются от ближайших к оси балки
рисок заклепок в поясных уголках.
351
Аналогйчно проводится расчет местной устойчивости стенки при
наличии поперечных и нескольких продольных ребер.
Проверка местной устойчивости отсека стенки, находящегося
в растянутой зоне, производится по формуле
V' <хх,25>
/i0 — расстояние от кромки балки, к которой приложена нагрузка
(или от соответствующей риски заклепок), до ближайшей к ней кромки
проверяемого отсека.
Как видно из изложенного выше, проверка стенки балки на мест-
ную устойчивость зависит от размещения ребер жесткости. Сначала
ставят ребра, соответствующие прикреплению поперечных связей, а
также ребра в опорных сечениях балки. Полученная при этом длина
отсека обычно оказывается чрезмерной, не обеспечивающей местной
устойчивости стенки, в особенности для опорных участков балки.
Эту длину следует уменьшить постановкой дополнительных попереч-
ных ребер на расстояниях, приблизительно равных высоте стенки.
Полученные отсеки проверяют по приведенным выше формулам и уточ-
няют расстановку ребер жесткости.
В высоких балках (при высоте, большей 3—3,5 м) обычно необ-
ходимы и горизонтальные ребра жесткости. Рекомендуемое располо-
жение их, а также размеры ребер и другие конструктивные указания
приведены в гл. XVIII, § 1. Если получается слишком частая расста-
новка ребер, следует увеличить толщину стенки.
Расчет шага поясных заклепок или толщины сварных поясных
швов в балках ведут на сдвигающую силу и на местное давление вре-
менной нагрузки, передаваемое через мостовые брусья, железобетон-
ную плиту, металлический настил.
Местное вертикальное давление р на железнодорожные пролет-
ные строения принимают равным 2,5 К = 35 тс/м пути из условия
распределения давления одной оси на длину в I м. Для автодорож-
ных пролетных строений местное давление определяют так же, как и
в расчетах на местную устойчивость стенки.
На единицу длины (1 пог. см) для одной балки железнодорожного
моста имеем
350 кгс/см
г 100-2
При расчете поясных заклепок на сдвигающую силу находим ка-
сательные усилия на уровне поясных заклепок, действующие на еди-
ницу длины стенки (на 1 пог. см):
QS
где Q — поперечная сила в данном сечении;
S — статический момент горизонтальных листов и уголков
пояса относительно нейтральной оси.
352
Если шаг заклепок равен а
(рис. 275), то на каждую заклепку
приходится усилие
S3=V(/a)2+ (ра)*=aVt* + p\
Полагая Sa равным предель-
ному усилию на одну двухсрезную
заклепку [см. формулы (XXI.4)],
получим шаг заклепок
а <.... (XXI.26)
V/2+p2 V
S3
Рис. 275 Усилия, действующие на по*
ясную заклепку
Шаг поясных заклепок не должен быть больше установленного
из условия плотности соединения уголков с вертикальным листом
(не более 7d, или 16 6). В связи с этим, кроме расчета по QMaKC, следует
определить то сечение балки, в котором шаг заклепок может быть
сделан равным допустимому по условию плотного соединения скле-
пываемых частей.
При расчете балок, не несущих непосредственной нагрузки от мос-
товых брусьев, в формуле, определяющей шаг заклепок, следует
считать р = 0.
В сварных балках проверяют толщину швов, прикрепляющих
пояса балки к ее стенке, по формуле, полученной аналогично изло-
женному выше:
— ~№+р*< 0,75 Ra, (XXI.27)
где п — число швов, прикрепляющих пояс к стенке (обычно п = 2);
h — рабочая высота катета шва (при автоматической сварке);
расчетное сопротивление на срез шва принято равным
0,6 С'/?о = 0,6 • 1,25 Ro = 0,75 Ro.
Тогда высота катета шва
—5—УЯКр2. ' (XXI .28)
1 >5 Rq
Расчет стыков балок со сплошной стенкой. Число заклепок или
фрикционных болтов в стыках горизонтальных листов и уголков оп-
ределяют по их рабочей площади умножением на _[лср, рсм или
(см. табл. 17 и 18).
Площадь поперечного сечения накладок, перекрывающих стык
растянутого пояса балки, должна быть на 11% больше площади по-
перечного сечения пояса (что равносильно введению коэффициента
условий работы т2 = 0,9).
Стык вертикального листа балки рассчитывают на изгибающий
момент и поперечную силу в данном сечении. Предполагается, что
изгибающий момент, приходящийся на стенку, должен быть воспри-
нят суммой моментов усилий в заклепках относительно нейтральной
оси. Изменение усилия в различных горизонтальных рядах заклепок
естественно принять по линейному закону (рис. 276). Поперечная
12 3aic 1298 553
сила считается равномерно распределенной между всеми заклепками
в полунакладках.
Момент, приходящийся на вертикальную стенку = М у ,
где — момент инерции вертикальной стенки;
I — момент инерции всего сечения;
М — расчетный изгибающий момент в месте стыка.
Усилие в заклепке, находящейся на расстоянии уъ от нейтральной
линии,
5г = 5п-^-, (XXI.29)
Уп
где Sn — усилие в заклепке крайнего ряда;
уп — расстояние от нейтральной линии до крайнего ряда.
Сумма моментов усилий во всех заклепках относительно нейт-
ральной оси
M3=SSfz/t=SSn-^-; (XXI.30)
Уп
из условия восприятия заклепками момента Мг:
ML = М3,
получим усилие в заклепках крайнего ряда
= (XXI.31)
причем Sz/f распространяется на все заклепки (во всех рядах)
в полунакладках как выше, так и ниже нейтральной оси.
Усилие в заклепках от воздействия поперечной силы
Sa=-5-, (XXI.32)
4 т
где т — полное число заклепок в полунакладках.
Изгибающий момент М и поперечную силу Q следует вз,ять для
одной и той же установки временной вертикальной нагрузки, выбрав
невыгоднейший для работы закле-
пок случай (обычно установка на
^макс)-
Геометрическая сумма усилий
Sn и Sq\
s=VsT+sL (xxi.33)
Рис 276 Распределение усилий, дей-
ствующих на заклепки (фрикционные
болты) в стыке балки *
354 '
По такой же формуле опреде-
ляется усилие, /приходящееся на
высокопрочный болт в стыках
фрикционных соединений.
Необходимо, чтобы полученное
усилие S было не больше предель-
Ного для одной заклепки или фрикционного болта, определяемого
в соответствии с формулами (XXI.4) и (XXI.9) с учетом двухсрез-
ности заклепок или двух плоскостей контакта для фрикционных
болтов.
В расчетах на прочность М и Q в формулах (XXI.31) и (XXI.32)
вычисляют с учетом коэффициентов перегрузки и динамического.
Кроме того, следует проверить стык на выносливость, приняв соот-
ветствующие этому расчету значения М и Q и вводя коэффициент у
по формуле (XXI.2).
В общем случае задаются числом заклепок (фрикционных болтов)
и их размещением, а затем проверяют правильность принятого.
К стыковым накладкам предъявляют следующие требования:
суммарная толщина парных прокладок должна быть не меньше тол-
щины вертикальной стенки; момент инерции сечения накладок отно-
сительно нейтральной оси должен быть не меньше момента инерции
вертикальной стенки.
Особенности расчета стальных балок, объединенных с железобе-
тонной плитой. В соответствии со способом монтажа такие балки рас-
считывают на две стадии работы: 1) под действием собственного веса
стальной конструкции и железобетонной плиты; эту нагрузку вос-
принимает только стальная часть балки; 2) под действием времен-
ной вертикальной нагрузки и так называемой второй части постоян-
ной нагрузки, в которую в железнодорожных мостах входит вес бал-
ласта с частями пути, вес перил, в некоторых случаях тротуарных
консолей (если их устанавливают после соединения плиты со стальной
балкой); в автодорожных мостах — вес выравнивающего слоя бе-
тона, изоляции дорожного покрытия и перил. Эту нагрузку воспри-
нимает балка, объединенная с железобетонной плитой. В особых
случаях дополнительно учитывают влияние предварительного напря-
жения конструкции поддомкрачиванием, искусственным загруженном
в стадии монтажа или натяжением напрягаемой арматуры.
Вводимая в расчет объединенной балки ширина плиты устанав-
ливается так же, как и при расчете тавровых железобетонных балок
(см. гл. XII); дополнительно по нормам принимается свес в сторону
соседней балки при пролете, меньшем четырехкратного расстояния
между балками — не менее 1 : 8 и консольный свес при пролете,
меньшем 12-кратной фактической длины консольной части плиты, —
не менее 1 : 12 пролета.
При расчете на прочность объединенных балок, в которых железо-
бетонная их часть работает от временной нагрузки преимущественно
на с ж а т и е, различают три основных случая: Л, Б и В (рис. 277)*
Случай А соответствует упругой работе стальной и железобетон-
ной части балки; он характеризуется условием об. ф < 7?б.
Случай Б соответствует упругой работе стальной части конструк-
ции и арматуры, но пластической работе бетона; характеризуется
условием 7?б <
Случай В соответствует упругой работе стальной части конструк-
ции и пластической работе бетона и арматуры; характеризуется уело*
12* ' 355
ft
виями: при наличии расчетной продольной арматуры <тб а при
ее отсутствии <тб> R6.
Здесь об>ф — напряжение в крайней фибре бетона;
аб — напряжение в центре тяжести сечения бетона;
R5 и Да — расчетные сопротивления бетона и арматуры;
«1 = — отношение модулей упругости арматуры и бетона.
Напряжения <тб.ф, <тб вычисляют при определении расчетного
случая в предположении упругой работы всего сечения объединенной
балки, включая и бетонную ее часть, с учетом ползучести бетона и
обжатия поперечных швов сборной железобетонной плиты, а в ста-
тически неопределимых системах при расчете на дополнительные со-
четания нагрузок и воздействий также с учетом влияния усадки бе-
тона и колебаний температуры на внешние изгибающие моменты и
усилия в сечениях.
Ползучесть бетона не учитывается, если ее влияние незначитель-
но, когда наибольшие сжимающие напряжения в бетоне не превы-
шают 20% Ra. Деформацию обжатия каждого шва считают равной
0,5—1 мм и учитывают, если в швах нет соединенных сваркой арма-
турных выпусков или закладных деталей.
Если железобетонная плита оказывается в растянутой от
временной нагрузки части балки, то она учитывается в расчетах
на прочность, когда суммарные фибровые растягивающие напряже-
ния, вычисленные в упругой стадии, удовлетворяют следующим усло-
виям (случай Г): в железнодорожных мостах о = 0 (растяжения нет);
в автодорожных и городских мостах с < 7?рп (расчетного сопротив-
ления бетона на растяжение, принятого для предварительно напря-
женных конструкций); если эти условия не выполнены (случай Д),
бетон плиты считается пораженным трещинами и выключается пол-
ностью из состава объединенной балки.
Спича! А Случай. Б Случай В
Рис. 277. Эпюры к расчету объединенных с железобетонной плитой стальных ба-
лок на прочность при действии положительного изгибающего момента
356
Особенности расчетов йа дополнительное сочетание Нагрузок й
воздействие напряжений, вызванных усадкой бетона, ползучестью,
влиянием разности температур бетонной и стальной частей балки,
приводятся в действующих нормах и указаниях.
Кроме расчетов объединенных балок на прочность, их нужно
рассчитывать на выносливость. В автодорожных и городских мостах
на выносливость рассчитывают только стальную часть конструкции
и сварные упоры.
Проверка трещиностойкости нужна только в расчетном случае
Д: величина возможного раскрытия трещин, как в железобетонных
конструкциях, не должна превышать 0,02 см.
Прогибы объединенных балок определяют для второй стадии ра-
боты балки от нормативной временной нагрузки в предположении
упругой работы всего бетона независимо от величины и знака напря-
жений в бетоне, пренебрегая незначительным снижением жесткости
вследствие возможного появления трещин с малым раскрытием в рас-
четном случае Д.
Особенности расчета балок с ортотропной плитой. Ортогонально-
анизотропная (сокращенно ортотропная) плита представляет собой
лист, подкрепленный продольными и поперечными ребрами. Листовой
настил и продольные ребра включают в сечение главных балок (коро-
бок). При этом в плите возникают напряжения от работы на местную
нагрузку, а в листе и продольных ребрах — и от работы в составе
главных балок (коробок). Рекомендации по расчету ортотропных
плит и коробчатых мостов с ортотропной плитой приведены в книгах
С. А. Ильясевича «Металлические коробчатые мосты» (изд. «Транс-
порт», 1972) и С. А. Попова «Алюминиевые строительные конструкции»
(изд. «Высшая школа», 1969).
§ 3. Расчет пролетных строений со сквозными фермами
Общие положения. Учитываемые при расчете мостовых конструк-
ций силы и воздействия вводятся в основных, дополнительных и осо-
бых сочетаниях.
Пролетные строения с фермами современной конструкции пред-
ставляют собой пространственные системы с жестким соединением
элементов между собой, т. е. жесткими узлами. Расчет такой системы
обычно производят с разложением на плоские вертикальные, гори-
зонтальные или наклонные системы: продольные балки, поперечные
балки, главные фермы, продольные связи, опорные рамы или опорные
поперечные связи. При этом все системы, образованные из соединен-
ных в узлах стержней, рассчитывают как фермы с шарнирными узла-
ми (за исключением комбинированных систем и систем с внеузловым
приложением нагрузки), принимая геометрическую схему фермы, об-
разованную осями элементов, за расчетную.
В некоторых элементах пролетного строения, входящих в две
плоские фермы, наибольшие усилия находят' суммированием усилий,
полученных этими элементами в каждой из ферм. Так, например,
357
fe Пойсах главных ферм суммируют усилия от вертикальной нагрузки
(как в элементе вертикальной фермы) и от давления ветра (как в эле-
менте горизонтальной фермы).
Действительные условия работы элементов пролетного строения
отличаются от устанавливаемых указанными выше допущениями,
причем степень отклонения зависит от многих причин: системы фермы,
относительных размеров элементов пролетного строения, положения
рассматриваемого элемента в пространственной системе и от таких
не поддающихся теоретическому определению факторов, как состояние
заклепочных соединений, трение в опорных частях, допуски при сбор-
ке и т. п.
Однако, как показывают многочисленные испытания пролетных
строений, отклонения действительных напряжений в их элементах
от полученных по общепринятому расчету невелики, если выполнены
определенные требования к конструкции пролетного строения, как,
например, расстояние между осевыми линиями, проведенными через
центры тяжести поперечных сечений поясов в соседних панелях
сквозных ферм, не должно быть более 1,5% высоты поясов ферм (для
тавровых и Н-образных элементов не более 0,7% высоты сечения),
высота элемента в поперечном сечении не должна быть больше х/1б его
длины. При несоблюдении этих условий требуется учет жесткости
узлов.
В фермах с треугольной решеткой л подвесками при езде понизу
удлинение подвесок вызывает перемещение нижних узлов ферм и из-
гибающие моменты в нижних поясах. Дополнительные напряжения
в поясах ферм от деформации подвесок следует учитывать независимо
от отношения высоты сечения к длине элемента.
Цельносварные решетчатые фермы вследствие более жестких сое-
динений в узлах следует рассчитывать на выносливость с учетом жест-
кости узлов даже и в случаях, когда отношение высоты элементов
к их длине меньше Vis-
При учете дополнительных напряжений от жесткости узлов рас-
четы на прочность как в клепаных, так и в сварных фермах выполня-
ют с введением коэффициента условий работы т2 = 1,2 (как относя-
щиеся к определению локальных напряжений от дополнительных
факторов); расчеты же на выносливость при этом надлежит произ-
водить: с коэффициентом условий работы т2 = 1,2 для клепаных ферм
при отношении высоты сечения к длине элемента, меньшем Vis и
т2 = 1,0 — в остальных случаях.
При определении усилий в элементах болто-сварных ферм в рас-
четах на прочность принимают т2 = 1,2; в расчетах на выносли-
вость т2 = 1.
Учет пространственности пролетного строения.приводит к допол-
нительным напряжениям в продольных и поперечных балках, а также
в связях между фермами и к некоторой разгрузке поясов главных
ферм в результате передачи части усилия на продольные балки и
связи. В особенности заметную разгрузку нижних поясов (до 20—
30%) можно ожидать приезде понизу* или верхних поясов при езде
поверху.
358
Однако вследствие некоторой неопределенности работы прикреп-
лений продольных балок к поперечным (деформации заклепочных
соединений, полок прикрепляющих уголков и т. п.) разгружающее
влияние проезжей части на усилия в поясах главных ферм допускает-
ся учитывать только при наличии специальных конструкций, обеспе-
чивающих совместную работу проезжей части и поясов (например,
горизонтальных ферм, см. рис. 251, или сплошного стального листа).
Определение постоянной нагрузки выполняется с учетом веса
мостового или ездового полотна и собственного веса пролетных строе-
ний по данным типовым проектов и справочников для аналогичной
нагрузки и пролета.
На одну главную ферму моста с ездой понизу постоянная i агрузка
равна
(Рм.п Ргл.ф "Ь Рсв4* Рпр.ч)’ (XXI.34)
где Рм. п — вес мостового полотна, равный 0,8 тс/м пути (при уст-
ройстве тротуаров на металлических консолях с желе-
зобетонной плитой — 1 тс/м), или вес ездового полот-
на на 1 пог. м моста;
Ргл. ф — вес двух главных ферм; >
рсв — вес связей;
Рпр. ч — вес проезжей части.
Для однопутных железнодорожных мостов эти величины можно
принимать по графику (рис. 278). При иных значениях нагрузки
или при другой марке стали, т. е. при других расчетных сопротивле-
ниях, но при тех же пролете и схеме ферм можно пользоваться при-
ближенной формулой перехода (пропорциональности), в которой по-
гонный вес ферм принимается пропорциональным полной погонной
нагрузке и обратно пропорциональным расчетным сопротивлениям.
Для двухпутных пролетных строений вес главных ферм можно при-
ближенно принимать равным 1,8 веса -однопутных, а вес проезжей
части и связей — удваивать.
Вес пролетного строения с фермами иной схемы и размеров, чем
типовые, можно определять по методу теоретического объема с ис-
пользованием конструктивных ф и строительных ф' коэффициентов.
Первые учитывают факторы, связанные с расчетом ферм (устойчи-
вость сжатых стержней и т. п.), и равны в среднем для балочных ферм
1,8—2,0. Вторые учитывают дополнительный расход металла на реб-
ра жесткости, стыковые накладки и т. п., т. е. факторы, связанные
с конструкцией, и равны для клепаных пролетных строений со сплош-
ными балками 1,3—1,4, со сварными 1,2—1,3, для сквозных ферм
1,25—1,3, для продольных балок (с их связями) 1,5—1,6, для попе-
речных балок 1,07—1,18.
Погонный вес ферм пролетом L определяется по формуле
рглф=у2Нуф, ' (XXI.35)
359
железнодорожных мостов от величины пролета
а — со сплошными балками и ездой поверху; б — со сквозными фермами и ездой понизу,
1 — клепаные, езда на поперечинах; 2 — болто-сварные, езда на поперечинах; 3 — болто-
сварные, объединенные, езда на балласте; 4 — объем железобетонной плиты, м3; 5 — клепа-
ные, из стали СтЗ мост; 6 — то же, 15ХСНД; 7 — болто-сварные из стали 15ХСНД
где под знаком суммы стоит теоретический вес каждого элемента:
F — его теоретическая площадь, I — длина, у — объемный, вес
стали, ф — конструктивный коэффициент.
По методу строительных коэффициентов нужно определять сна-
чала усилия во всех элементах, т. е. иметь приближенную величину
постоянной нагрузки, затем подобрать расчетом площади поперечных
сечений элементов.
Наиболее точно вес ферм определяют по спецификации металла
после конструирования узлов. При этом вес заклепочных головок
принимают в размере 3% веса прокатного металла, вес металла свар-
ных швов — 1,5% веса листов, вес головок и гаек болтов — 3,5%
веса металла.
Расчет балок проезжей части выполняют по формулам и указа-
ниям § 2 этой главы. Расчет железобетонной плиты или стального
настила, входящих в состав проезжей части пролетных строений со
сквозными фермами, выполняют в зависимости от конструкции ба-
лочной клетки, исходя из тех же общих положений.
Продольные балки проезжей части имеют частичное защемление
на опорах. Степень защемления зависит от влияния соседних панелей
(неразрывность продольных балок) и сопротивления поперечных ба-
лок кручению. Это явление усложняется 'еще тем, что продольные
балки имеют упругие опоры (поперечные балки), а прикрепление
продольных балок к поперечным имеет податливость в заклепочных
300
соединениях. Вместо весьма сложного и недостаточно определенного
«точного» расчета наибольший изгибающий момент и поперечная сила
в продольных балках определяются условно, как для балок разрез-
ных, что идет в запас прочности.
Расчет поперечных балок на изгиб в вертикальной плоскости
обычно производят, рассматривая балку* как свободно опертую,
с пролетом, равным расстоянию между осями главных ферм.
Для автодорожных пролетных строений, в которых железобе-
тонная плита опирается на несколько продольных балок, коэффици-
ент поперечной установки временной нагрузки можно определить
по линиям влияния опорных реакций, рассматривая плиту как нераз-
резную балку.
Поперечная балка загружается опорными давлениями продольных
балок и непосредственно действующей на нее постоянной нагрузкой,
аналогично изложенному для железобетонных пролетных строений
(см. гл. XII). При вычислении динамического коэффициента, коэффи-
циента перегрузки и коэффициента 8 (при расчете на выносливость
балок железнодорожных пролетных строений) длина загружения к
ддя продольных балок равна длине панели, а для поперечных балрк —
двойной длине панели.
Существенное влияние на напряженное состояние продольных и
поперечных балок оказывает совместная работа проезжей части, поя-
сов ферм и связей. Особенно большими могут быть напряжения
в поперечных балках железнодорожных пролетных строений от их
изгиба в горизонтальной плоскости в случае, если продольные балки
не соединены с поясами главных ферм горизонтальными фермами, или
в продольных балках в случае включения их в работу.
Усилия в продольных балках и изгибающие моменты в попереч-
ных балках от совместной работы их с поясами главных ферм опреде-
ляют расчетом по одному из точных способов, как статически неопре-
делимой системы. При этом поперечные балки следует рассматри-
вать, как жестко заделанные по осям главных ферм, а продольные
балки — как шарнирно соединенные с поперечными. В действитель-
ности явления, происходящие в проезжей части, значительно слож-
нее, так как сказываются кручение поперечных балок и другие фак-
торы1.
Приближенно изгибающие моменты в поперечных балках от го-
ризонтального изгиба и дополнительные усилия в продольных бал-
ках можно определить по выведенным проф. Г. К. Евграфовым фор-
мулам (см. Г. К. Евграфов, Н. Н. Богданов. Проектирование мостов.
«Транспорт», 1966).
При наличии горизонтальных ферм или стального листа, обеспе-
чивающих эффективную совместную работу поясов ферм, проезжей
части и продольных связей между фермами, расчет всех этих элементов
Скрябина Т. А. Методические указания к курсовому проектиро-
ванию на тему «Учет совместной работы проезжей части и элементов главных ферм
стальных пролетных строений мостов». Под ред. проф. С. А. Попова. МИИТ,
361
Необходимо выполнять, как входящих в единую статически Неопреде-
лимую систему, по одному из общих методов строительной механики.
Расчетное сопротивление поперечных балок при расчете их на
прочность при совместном действии вертикального и горизонтального
изгиба принимается равным
Р = 1,7сРи, [(XXI.36)
где с — 1 (1 — коэффициент, учитывающий действие изги-
но не более 1,15 J бающих моментов в двух главных плоско-
стях (косой изгиб);
®лп и оМ2 — большее (от 7ИХ) и меньшее (от Л12) напря-
жения в проверяемой точке сечения от этих
моментов.
Такое., высокое расчетное сопротивление установлено в связи
с возможностью допустить некоторые пластические деформации попе-
речной балки. При расчете на выносливость расчетные сопротивле-
ния — уРи.
Прикрепление продольных балок к поперечным рассчитывают
на поперечную силу и условный опорный момент, принимаемый рав-
ным 0,6 момента посередине пролета продольной балки, рассматри-
ваемой как разрезная.
В связи со сложностью и некоторой неопределенностью действи-
тельной работы соединений продольных балок с поперечными (а так-
же поперечных с фермами) и неизбежной условностью расчетов вво-
дят коэффициенты условий работы
Число заклепок или фрикционных болтов, необходимое для при-
крепления вертикального листа продольной балки, определяют по
поперечной силе:
' ' , (XXI.37)
tn% Sq
где Sa — допускаемое усилие (по расчетному сопротивлению) На
заклепку или фрикционный болт;
/п2 — коэффициент условий работы, равный при конструкции
прикрепления, способной воспринимать опорный момент
(что и рекомендуется) — 0,9; в противном случае — 0,7.
Поперечная сила с вертикального листа продольной балки пере-
дается сначала на уголки прикрепления двусрезными, а затем с угол-
ков прикрепления на стенку поперечной балки односрезными заклеп-
ками, но приблизительно двойным числом их. Через последние за-
клепки передается также поперечная сила с продольной балки сосед-
ней панели, однако по другим плоскостям среза. По отношению к сум-
марной опорной реакции от двух продольных балок соседних пане-
лей рассматриваемые заклепки являются, следовательно, двусрез-
ными. Те же соображения относятся и к плоскостям фрикционных
болтов при расчете их числа, необходимого для прикрепления про-
дольных балок.
362
Опорный момент продольной балки обычно воспринимается «рыб-
ками». Усилие в каждой «рыбке» Sp — а при учете совместной
работы проезжей части и поясов ферм:
(XXI.38)
где h0 — расстояние между рыбками. Здесь принято, что усилие
в продольной балке Nm распределяется поровну между
двумя «рыбками». В типовых пролетных строениях проек-
тировки Гипротрансмоста 1968 г. принято, что 70% про-
дольного усилия передается через «рыбки» и 30% — через
уголки прикрепления.
По усилию в «рыбке» определяется необходимая площадь ее се-
чения
Рйт=^- (XXI.39)
АО
и число заклепок или фрикционных болтов, прикрепляющих «рыбку»,
п = Н0Р/7нТ- (XXI.40)
Здесь цср — число заклепок или фрикционных болтов, необхо-
димое для прикрепления 1 см2 площади «рыбки» (см.
табл. 17 и-18).
Прикрепление поперечных балок к фермам рассчитывают обычно
на восприятие опорной реакции поперечной балки; наличие в при-
креплении опорного момента учитывают введением в формулу расчета
по поперечной силе коэффициентов условий работы, равных для за-
клепок и болтов в полках уголков, прикрепляемых к ферме, — 0,85;
для заклепок в полках уголков, прикрепляемых к поперечной балке,—
0,9. Если конструкция прикрепления поперечной балки может
воспринимать опорный момент без работы заклепок и болтов на отрыв
головок, то вместо 0,85 принимают тоже 0,9.
Расчет элементов главных ферм ведется, как правило, в пред-
положении шарнирности узлов (на заклепках и болтах).
Усилия в элементах главных ферм от постоянной нагрузки опре-
деляют умножением интенсивности нагрузки на полную площадь ли-
нии влияния
Sp = pQp. (XXI.41)
Постоянная нагрузка р[по формуле (XXI.34)] считается равномер-
но распределенной по всему пролету. Собственный вес сквозных
главных ферм и их связей принимается распределенным поровну
между поясами ферм. Для большинства элементов ферм, кроме под-
весок (стоек), шпренгелей, это распределение не имеет значения при
вычислении усилий. Однако на подвески В1—Н1 и СЗ—НЗ (рис. 279)
силы, приложенные в верхних узлах фермы, не оказывают действия,
поэтому подвески рассчитывают на половину веса фермы со связями
и полный вес проезжей части.
363
Усилия в элементах ферм от временной вертикальной нагрузки
определяют умножением площадей загружаемых участков линий
влияния на соответствующие им эквивалентные нагрузки k:
Sk = k£ih. (XXI.42)
Расчетные усилия получают умножением на динамический коэффи-
циент и в расчетах на прочность на коэффициент перегрузки, а в рас-
четах железнодорожных пролетных строений на выносливость —
на коэффициент 8 (если 8< 1, см. гл. I, § 3).
Расчетные усилия в фермах железнодорожных мостов равны:
в расчетах на прочность
Зрасч = «в (1 + и) Sk-, (XXI.43)
в расчетах на выносливость
5расч = Зр + 6 (1 4" |») Sk-
Для элементов, имеющих двузначные линии влияния, наиболь-
шие усилия от временной вертикальной нагрузки определяются обо-
их знаков с учетом разных значений коэффициентов перегрузки для
постоянной нагрузки (0,9 или 1,1) так, чтобы получить максимальные
по абсолютной величине значения усилий.
Для расчетов на выносливость усилия в элементах ферм опреде-
ляют только на основные сочетания нагрузок без коэффициентов
перегрузки и с соответствующим этим расчетам загружением линий
влияния, состоящих из двух или нескольких участков разных зна-
ков (см. гл. XII).
Для поясов главных ферм, кроме усилий от постоянной и времен-
ной нагрузок, определяют усилия от действия ветра и торможения
(силы тяги), учитываемые в дополнительном сочетании нагрузок при
уменьшенном коэффициенте перегрузки для временной вертикальной
нагрузки (0,8 пв).
Давление ветра на главные фермы вычисляют по площади, огра-
ниченной теоретическим контуром одной фермы, с умножением на ко-
эффициент заполнения, величина которого приведена в «Указаниях».
Давление ветра на проезжую часть вычисляют по ее боковой' поверх-
ности, не закрытой поясом фермы. Высота боковой поверхности
подвижного состава, подвержен-
ной действию ветра, принимается
Л 7R В\ равной 3 м.
j; X-—Т/ \ Г/N Ветровую нагрузку, приходя-
Л\| --S_____п /__ I щуюся на главные фермы, считают
/ \ / |\ /\ /\ переданной на каждую систему
/ I \1/ I \/ \/ \/1 связей в размере 60% ее полной
~i н* Hs нв величины, а ветровую нагрузку на
проезжую часть и подвижной состав
Рис 279. Схема фермы распределенной в такой пропор*
364
Рис. 280. Эпюры усилий в поясах от сил торможения:
а— при расположении тормозных рам в четвертях пролета; б —при отсутствии тормозных
рам (t — тормозная сила на единицу длины)
ции: на продольные связи в плоскости проезда —80%, на вторую
систему продольных связей— 40%.
От полученной ветровой равномерно распределенной нагрузки
определяют усилия в панелях верхнего и нижнего поясов:
(XXI.44)
где Mw — момент от ветровой нагрузки относительно наиболее
удаленного от опоры узла рассматриваемой панели;
В — расстояние между осями ферм.
В фермах с наклонными порталами верхняя горизонтальная фер-
ма связей имеет пролет, равный расстоянию между крайними верх-
ними узлами. К усилиям в нижнем поясе (от давления ветра) следует
при наклонных порталах добавить горизонтальную составляющую
усилия в ноге портала (тоже от давления ветра).
К горизонтальным поперечным нагрузкам относятся, кроме дав-
ления ветра, удары подвижного состава, принимаемые в железнодо-
рожных мостах равными 0,06 К = 0,84 тс/м пути; в автодорожных-
мостах — для Н-30 интенсивностью 0,4 тс/м независимо от числа по-
лос движения и для НК-80 в виде сосредоточенной силы 5 тс.
При расчете поясов ферм на дополнительные сочетания нагрузок
следует принять большую по интенсивности нагрузку: или давление
ветра, или горизонтальные удары подвижного состава (но не обе
вместе). В мостах на кривых учитывается центробежная сила.
Силы торможения в железнодорожных 'пролетных строениях при
наличии тормозных связей передаются через них на’пояса ферм и
затем на неподвижные опорные части. Если имеются разрывы проезжей
части (свободное опирание продольных балок), то силы торможения
передаются на пояса на каждом участке, ограниченном разрывами:
например, если разрыв проезжей части устроен в одном месте посе-
редине пролета, то эпюра усилий в поясах от сил торможения будет
иметь вид, показанный на рис. 280, а.
При отсутствии тормозных связей можно считать, что силы тор-
можения передаются на пояса равномерно по направлению к непо-
движным опорным частям, и эпюра усилий в поясах получает вид,
показанный на рис. 280, 0,
365
В пролетных строениях с ездой поверху при небольшом расстоя-
нии между фермами мостовые брусья укладывают непосредственно
на верхние пояса ферм. Последние рассчитывают в этом случае на сов-
местное действие сжатия и изгиба. Расчет элементов ферм при этом,
как правило, ведут с учетом жесткости узлов.
Сечения элементов ферм подбирают после определения величины
усилий в них от основного и дополнительного сочетаний нагрузок и
воздействий для расчетов на прочность и от основного сочетания
для расчетов на выносливость, руководствуясь указаниями § 1
гл. XXI.
Растянутые элементы проверяют на прочность и' выносливость
по площади поперечного сечения FHT, выбираемого в месте концент-
ратора напряжения (здесь и в дальнейшем индекс «штрих» обозначает,
что усилие или момент должны быть вычислены для нагрузок, уста-
новленных в расчетах на выносливость):
jWl Ro и < у Яо. (XXI.45)
^нт Fнт
Площадь поперечного сечения нетто вычисляют с учетом наиболь-
шего ослабления (обычно в прикреплении к узловой фасонке или
в стыке элемента).
Если в первых рядах стоит меньшее число заклепок (бол-
тов), чем в следующих, то расчетное ослабление элемента нужно опре-
делять, принимая во внимание, что часть усилия, пропорциональная
числу заклепок в первом, втором и т. д. рядах, переходит в фасонку;
соответственно уменьшается расчетное ослабление отверстиями в этих
рядах (кроме первого).
Значения у принимают [см. формулы (XXI.2) и (ХХ1.2а)1 в зави-
симости от р = f-"--1 и наибольшей для данного элемента величины
^макс
коэффициента концентрации |3, обычно в прикреплении к фасонке или
в стыке.
Сжатые элементы рассчитывают на прочность и выносливость
по формулам (XXI.45), принимая значения у для преимущественно-
го сжатия, и на общую устойчивость по формуле
(XXI.46)
Ф^бр
Коэффициент понижения несущей способности при проверке устой-
чивости зависит от гибкости элемента X = у.
При определении гибкости сжатых элементов за свободную длину
их принимают: для поясов, опорных раскосов и опорных стоек как
в плоскости, так и из плоскости фермы — геометрическая (т. е. меж-
ду центрами узлов) длина элемента; для элементов решетки из пло-
скости фермы — геометрическая длина элемента или ее часть, если
366
Полйая длиНа стержйя разделена поперечной конструк-
цией; в плоскости фермы — геометрическая длина
элемента, умноженная на 0,8, что учитывает частичное
защемление элементов решетки в узле. Нерабочие или
сжатые стержни, например стойка СЗ—ВЗ, стяжка
(см. рис. 279) и т. п., уменьшают свободную длину
только в плоскости фермы
По конструктивным соображениям Гибкость эле-
ментов пролетного строения, в том числе и растяну-
тых, ограничивается определенными величинами/за-
висящими от значения элемента и условий его работы
(см. «Указания»). Гибкость ветви сжатых стержней
не должна превышать 40, растянутых — 50.
При определении предельной гибкости двутав-
ровых или Н-образных элементов со сплошным ли-
стом радиус инерции следует вычислять для всего
сечения (включая лист). Гибкость стержня сплош-
ного сечения в плоскости, нормальной к плоскости
соединительной решетки или соединительных пла-
нок, т. е. по отношению к оси х—х (рис. 281), при-
нимают равной отношению свободной длины элемента
к соответствующему радиусу инерции, вычисленному
как для цельного сечения. Для стержней, которые со-
ставлены из двух ветвей, при проверке гибкости
в плоскости соединительной решетки, планок, перфо-
рированных листов, т. е. по отношению к оси у — у
(см. рис. 281), в расчет нужно вводить приведенную гибкость Хпр.
При соединительных планках или перфорированных листах
xnp=Vvc+ vB.
При соединительной решетке
Рис 281. Схема
к определению
гибкости эле-
мента из вет-
вей, соединен-
ных планками
(XXI.47)
ХПР=%С|/ (XXI.48)
Здесь Хс — гибкость всего стержня относительно оси у — у, как
сплошного;
— гибкость ветви, за свободную длину которой принимают
расстояние между крайними заклепками соединительных
планок или 0,8 длины отверстия в перфорированном
листе, или длину панели соединительной решетки, а ра-
диус инерции вычисляют относительно оси, проходя-
щей через центр тяжести сечения ветви и параллельной
оси у — у\
— площадь поперечного сечения брутто всего составного
стержня;
— площадь поперечного сечения всех диагоналей соедини-
тельной решетки, попадающих в один поперечный раз-
рез элемента;
367
Рд — коэффициент, отражающий влияние конструкции диагоналей
соединительной решетки, принимаемый равным: при решетке
из уголков 1,8, при решетке из полос прямоугольного се-
чения 1,4;
k — коэффициент, зависящий от гибкости элемента и равный
для элементов с гибкостью 100 и для элементов с гиб-
костью > 100. с
Сжато-вытянутые элементы рассчитывают на прочность по Наи-
большему усилию (по абсолютной величине) по первой формуле
(XXI.45), на общую устойчивость по сжимающему усилию, применяя
формулу (XXI.46), и на выносливость по второй формуле (XXI.45)
только на растягивающее усилие, если оно больше, чем сжимающее,
и на оба усилия, в связи с разными значениями у, если сжимающее
усилие больше растягивающего.
Расчет некоторых элементов, как, например, опорных раскосов,
являющихся также и элементами опорных рам, жестких нижних
поясов в фермах следует проводить на осевое усилие (растяжение или
сжатие) и изгибающий момент в о^дной из главных плоскостей.
Формула для расчета таких элементов на прочность:
£расч । М. о
FHT 1^нт
(XXI.49)
где 7^ — расчетное сопротивление или 7?и в зависимости от то-
го, что больше Os или оль
Расчет на общую устойчивость при сжатии с изгибом выполняют
по формуле (XXI.46), причем при проверке в плоскости изгиба коэф-
фициент <р принимают по «Указаниям» в зависимости от гибкости
элемента в этой плоскости и относительного эксцентриситета * = ~»
где е0 — Цг (Л4С — расчетный изгибающий момент в пределах сред-
ней трети длины стержня); р = — ядровое расстояние по на-
правлению эксцентриситета е0.
Если же плоскость наибольшей гибкости не совпадает с плос-
костью изгиба, то в формуле (XXI.46) ф заменяют на ф2, определяе-
мый формулой
Ф
1+фГ ’
(XXI.50)
Ф2=
В формуле (XXI.50) ф и i имеют прежние значения, но ф относится
к плоскости наибольшей гибкости, a i — к плоскости наименьшей
гибкости (плоскости действия момента).
Расчет планок, перфорированных листов и соединительных реше-
ток. Если прочность планок или элементов соединительной решетки
будет невелика, то они могут разрушиться при продольном изгибе
сжатого стержня раньше, чем весь стержень, в результате чего слит-
ная работа обеих его ветвей нарушится и произойдет его разрушение
368
вследствие потери общей устойчивости. Перфорированные листы,
поставленные между ветвями элемента, входят в расчетную площадь
поперечного сечения стержня (за вычетом отверстий) и вместе с тем
выполняют ту же функцию, что и планки.
Планки, перфорированные листы и соединительную решетку рас-
считывают на условную поперечную силу, определяемую по следую-
щей формуле
Q = ccF6p/?0-^- , (XXI.51)
где а = 0,024 — 0,00007 К, но не более 0,015 для стержней из уг-
леродистой стали и не более 0,017 для стержней из низг
колегированной стали;
Гбр — площадь поперечного сечения брутто элемента;
Ro — основное расчетное сопротивление;
ср — коэффициент понижения несущей способности стержня
• в плоскости соединительных элементов;
Фмин — меньший из коэффициентов понижения несущей способ-
ности стержня.
В элементах, которые имеют соединительные планки в нескольких
параллельных плоскостях (например, в двух), условная поперечная
сила распределяется поровну между всеми плоскостями планок.
Если ветви элемента соединены на всей его длине сплошным лис-
том, то принимают, что половина всей поперечной силы передается
на сплошной лист, а другая половина распределяется между всеми
плоскостями соединительных планок.
Сплошной лист в таких се'чениях не вводится в величину площади
F6p, подставляемую в формулу, определяющую Q.
Расчет планок, соединяющих ветви сжатых элементов, ведут/пред-
полагая, что посередине между планками будут точки нулевых мо-
ментов (рис. 282); получаем в планке изгибающий момент
Л4=-у-а (XXI.52)
и поперечную силу
О'а
, (XXI .53)
где Q' — величина расчетной поперечной силы, приходящейся на одну
систему планок.
По величинам М и Т проверяют сечение планки.
Заклепки, прикрепляющие планку, срезаются силой Т. От этой
силы на каждую заклепку при числе их в одной ветви элемента m
передается усилие “
Т8= —. (XXI.54)
369
Кроме тоГо, от момента М в крайних заклепках возйикйут Нор-
мальные к оси элемента усилия
. (XXI.55)
Где сумма квадратов расстояний между заклепками распростра-
няется на все заклепки, прикрепляющие планки к одной ветви эле-
мента.
Заклепку проверяют На равнодействующую усилий 73 и Af3:
Я=У7Т+Л^<$яоп. (XXI.56)
Если перфорированные листы приварены к ветвям элемента, то
угловые швы прикрепления проверяют на суммарное напряжение
от силы Т и момента М по формуле
(ХХ1-57)
Здесь М. и Т определяют по формулам (XX 1.52) и (XXI 53);
Рш = а1г — рабочая площадь шва прикрепления с рабочей высотой
h на участке а\
/ш — момент инерции рабочей площади шва прикрепления;
0,75 7?0 — расчетное сопротивление шва на срез.
Расчет продольных связей ведут на усилия, возникающие от де-
формации поясов, давление ветра или’ на горизонтальные удары по-
движного состава, а в пролетных строениях на кривых участках пу-
ти — также и на центробежную силу. Связи проверяют только на
прочность и устойчивость.
Рис. 282. Схема к расчету соединительных планок
370
iwiiiiiiiiitiiiiidiiiiiiiiiw
Рис. 283 Схема загружения линии влияния для
диагоналей связей горизонтальной нагрузкой
Аа
Рис 284 Схема деформаций
связей крестовой системы
Усилия в диагоналях крестовой решетки определяют в предполо-
жении, что поперечная сила в горизонтальной ветровой ферме про-
летом I распределяется поровну между обеими диагоналями, при этом
каждая диагональ может оказаться или сжатой или растянутой в за-
висимости от направления ветра. Давление ветра на фермы Жф и
на проезжую часть Ц7пр. ч действует по всей длине пролетного строе-
ния. Давление ветра на подвижной состав Wk, если оно учитывается,
должно быть приложено на длине, соответствующей невыгоднейшему
загружению линии влияния для усилия в диагонали связей (рис. 283).
Кроме того, диагонали связей испытывают усилия от деформации
поясов, вызванной вертикальной нагрузкой.
В наиболее употребительной крестовой решетке связей усилия
в диагоналях от деформации поясов с некоторым приближением
в запас прочности можно определить из следующих соотношений
(рис. 284). При удлинении панели пояса на 'Да диагональ удлиняется
на As. Из рис. 284 видно, что, пренебрегая деформацией распорок
и изменением угла между диагональю и осью пояса при деформации,
получим
As=Aacosa; s=i—— .
cos а
Напряжение в диагонали связей, вызванное удлинением ее на As
при длине s, будет
Eks
Ека cos а
=ап cos2 а,
(XXI .58)
где ап — напряжение в поясе, вызывающее удлинение Да, или, вы-'
ражая усилия в диагонали 5Д через усилие в поясе Sn,
3Д=-5П -^cos2a, - (XXI,59)
где Гд — площадь поперечного сечения брутто диагонали связей;
Гп — площадь поперечного сечения брутто пояса главной фермы.
Расчет только на ветровую нагрузку рассматривается как расчет
на основное сочетание нагрузок, и давление ветра принимается с ко-
371
эффициентом перегрузки 1,5. Расчет
влияния деформации поясов от вертикальной нагрузки является рас-
четом на дополнительное сочетание нагрузок; поэтому ветровая на-
грузка вводится с коэффициентом перегрузки 1,2, а коэффициент
перегрузки временной вертикальной нагрузки при определении Sn
умножается на 0,8.
Расчет опорных (портальных) рам ведут на воздействие горизон-
тальных нагрузок от ветра. Под воздействием опорной реакции W
горизонтальной фермы верхних продольных связей портальная рама
со сквозным верхним заполнением (рис. 285), заделанная в поперечной
балке, изгибается и имеет точку перегиба О на расстоянии /0 от оси
поперечной балки.
Считают, что контур ECDF смещается без изменения длин запол-
нения. Распорка CD остается горизонтальной на прежнем уровне,
а точки £ и С, а также D и F остаются на вертикальных прямых.
Положение точки перегиба определяется формулой
/ с (с+2/) (XXI.60)
0 2(2с+/) ’ v ’
где с и I — размеры, показанные на рис. 285.
Зная, что в точке перегиба изгибающий момент равен нулю, мо-
жем считать в этой точке шарнир и рассматривать отдельно верхнюю
и нижнюю полурамы, приложив в точках О горизонтальные усилия ~ .
Тогда будем иметь в ногах портальной рамы изгибающие моменты
(из плоскости главных ферм):
в верхней полураме (в точке Е)
в нижней полураме (по оси поперечной балки)
мг=у/о. (XXI.61)
372
Продольное усилие в ноге портальной рамы от ветра
V Л(г~г<>)
В
Устойчивость портальной ноги на сжатие с изгибом проверяют по
формулам (XXI.49) и (XXI.50) на совместное действие изгибающих мо-
ментов Мх или Л42 (в одной плоскости), момента от сил торможения
(в другой плоскости) и продольных сил в ноге рамы V + ShO-ei,
где Sho-b1 =nnSp + 0,8 nB(l -f-|x) Sh—усилие в опорном раскосе глав-
ной фермы с учетом снижения коэффициента перегрузки на 20%.
Расчет прикреплений элементов ферм в узлах и стыков элементов
ведут по рабочей площади элемента, умножая ее для получения
числа заклепок (болтов) прикрепления на значения pcp, рсм, рб (см.
табл. 17 и 18):
n=~m-fX/7pa6’ (XXI.62)
где £Раб—^нт или Ф^бр Для расчета растянутый и сжатых эле-
ментов на прочность и у£нтдля расчета элементов
на выносливость;
т2 — коэффициент условий работы, вводимый при непря-
, мой передаче усилия через заклепки или болты
(например, через прокладки или листы) и равный
0,9 при прикреплении через один лист (прокладку)
и 0,8 — через два и более листов. При расчете сты-
ковых накладок растянутых элементов ферм
т2 = 0,9, сжатых элементов — m2 — 1.
Прочность фасонок в месте прикрепления к ним элементов решетки
ферм необходимо проверить по невыгоднейшей линии возможного
выкалывания (рис. 286), принимая для частей разреза, направленных
нормально к оси элемента, расчетное сопротивление равным 7?0 и
для частей разреза, направленных наклонно к оси элемента, равным
0,75 £0 (как на срез); /?0 — основное расчетное сопротивление.
При этом вводится коэффициент условий работы 0,9. По линии
разрыва, нормальной к оси элемента, площадь поперечного сечения
фасонки следует определять как площадь нетто.
При расчете стыка элементов поясов определяют количество за-
клепок (болтов) как для прикрепления каждой ветви элемента в
целом, так и каждой составной части сечения в отдельности. Для
прикрепления каждой накладки площадью Fa оно равно
п = р.а£н, (XXI.63)
где р,—коэффициент прикрепления по табл. 17 или 18;
а—коэффициент стыка, равный (для совмещенного стыка) отно-
шению площади сечения элемента (или ветви) к площади
-сечения накладок, перекрывающих элемент (или ветвь).
373
ГЛАВА XXII
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ СТАЛЬНЫХ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
§ 1. Изготовление стальных пролетных строений
Изготовление стальных пролетных строений производится на спе-
циальных заводах мостовых конструкций Минтрансстроя или в спе-
циализированных цехах заводов широкого профиля, оборудованных
высокопроизводительными станками, обеспечивающими высокую
производительность труда и требуемое качество конструкций.
Состав технологического процесса изготовления конструкции
определяется типом пролетного строения (со сплошной стенкой
или сквозными фермами) и типом заводских соединений (клепаных,
сварных и болтовых). Последовательность процесса приведена в
табл. 19.
Правка стали заключается в устранении погнутостей после про-
ката, неправильного складирования и перевозки. Правка листовой и
уголковой стали производится на правильных станках, швеллеров и
двутавров — на прессах.
На выправленную сталь наносят контуры деталей и оси соедини-
тельных заклепок путем разметки (переноса размеров и очертаний
с чертежа) или наметки (переноса с шаблонрв). Последующая резка
стали производится механическими ножницами иди дисковыми пи-
лами. При толщине металла более 16—20 мм или при криволинейности
контура применяется кислородная резка в специальных станках,
автоматически обеспечивающих проектное очертание и высокое ка-
чество реза.
Продольный рез листа после ножниц обрабатывают на кромко-
строгальных станках, удаляющих заусенцы и деформированную
зону металла у кромок, что обеспечивает плотность соединения де-
талей и повышает выносливость металла при эксплуатации.
Применяются две технологические схемы сборки клепаных эле-
ментов — «по дырам» и «бездырная» сборка.
При сборке «по дырам» в каждой детали элемента (листах, уголках)
по ранее произведенной разметке или наметке путем продавливания
в специальных прессах или сверления на сверлильных станках об-
разуются отверстия диаметром меньше проектного на 2—3 мм. После
этого элемент формируется по проектным размерам с соединением де-
талей монтажными болтами малого (16 мм) диаметра. Постановка
оправок (конусных пробок) в нескольких отверстиях предотвращает
взаимный сдвиг деталей в процессе последующей обработки элемента.
Первоначальные отверстия рассверливаются в сверлильных станках
до проектного диаметра, после чего элемент клепается на специальном
устройстве — клепальной скобе (рис. 287). Заклепки, раскаленные
до температуры 650—700° С (темно-красное каление) устанавливают
374
й опрессовывают усйлйем 50—80 тс. Применейие скобы обеспечивает
высокую производительность (до 2500 заклепок в смену) при высоком
качестве клепки.
При «бездырной» сборке заготовленные (выправленные и обрезан-
ные) детали собирают в элемент в специальных устройствах — «Кон-
дукторах», обеспечивающих проектные размеры сечения и его неиз-
меняемость в процессе дальнейшей обработки (рис. 288).
В собранном таким образом элементе просверливают несколько
«маячных» отверстий проектного диаметра и ставят соединительные
болты и пробки. Элемент вынимают из кондуктора й перемещают
йа сверлильйый сТайок, где образуются все остальные отверстия
по разметке, сделанной на наружной детали соединяемого пакета.
Далее ставят заклепки при помощи клепальйой скобы.
При «бездырной» сборке сокращается объем разметочных работ,
требующих применения труда высококвалифицированных размет-
чиков, уменьшается число технологических операций, повышается
качество соединений. Но эта технология требует изготовления кондук-
Таблица 19
Схема технологического процесса изготовления стальных
пролетных строений
Элементы технологического процесса Операции при изготовлении элементов
клепаных сварйых
при сборке при «бездырной» «по дырам» сборке
Подготовка метал- ла Правка стали
Обработка металла Разметка и наметка, резка стали, обработка кромок, гнутье и высадка
Изготовлен йе элементов Образование отвер* стий неполного диа- Сборка элементов в кондукторах
ментов на болтах, рассверловка отвер- стий Сверление отверстий Приварка деталей
Клепка элементов Сварка элементов
Фрезерование торцов элементов
Образование мон- тажных отвер- стий Сверление отверстий в элементах по кондукторам с выбо- рочной контрольной сборкой конструкции илй сверление отверстий в собранных узлах конструкции ограниченных размеров
Маркировка и ок- раска элементов Маркировка элементов, очистка металла, шпатлевка и грунтовка
375
Рис 287. Клепальная скоба
1 — оправка, 2 — привод
торов и несколько большей затрать!
станочного времени на сверление тол-
стых пакетов. Для удаления струж-
ки, попадающей между деталями при
сверленииг отверстий, перед клепкой
элемент приходится разбирать, очи-
щать детали и вновь его собирать
для клепки, что увеличивает продол-
жительность и трудоемкость его из-
готовления.
Изготовление сварных элементов
из заготовленных деталей произво-
дится путем их сварки после сборки
элемента в специальных кондукторах
(см. рис. 288, б). Детали собранного
элемента соединяют короткими швами
(40—50 мм) ручной сваркой, после
чего элемент вынимается из кондук-
тора и поступает на сварку в сва-
рочный агрегат.
Основным способом образования
сварочного шва является автоматиче-
ская сварка, обеспечивающая высокое
качество шва, прочность которого
не ниже прочности основного ме-
талла.
Сварка ведется сварочным тракто-
ром, автоматически подающим элек-
тродную проволоку и перемещающим
ее вдоль шва в зависимости от задан-
ной толщины шва, обеспечивая при
этом постоянство длины дуги. Шов
образуется под слоем флюса — рас-
плавляемого стекловидного порошка,
снабжающего металл шва легирую-
щими добавками, которые повышают
его качество. Флюс защищает рас-
плавленный металл шва в процессе
сварки от реакции с воздухом. Сва-
рочный трактор потребляет ток
500—1000 А напряжением 30—50 В.
в зависимости от марки и толщины
свариваемой стали. Скорость свар-
ки — 20—40 м/ч.
Кромки стыкуемых деталей тол-
щиной до 20 мм не профилируют.
При большей толщине по кромке
снимают фаски, образующие Y- и
Х-образные швы.
Наилучшее качество шва дости-
гается при сварке «в лодочку». Чтобы
придать элементу такое положение, при
котором образуется валик из флюса и
исключается возможность вытекания
металла, применяют кантователи раз-
личных конструкций (рис. 289).
Для сварки элементов коробчатого
сечения в настоящее время применяют
двухдуговые автоматы (рис. 290), пере-
мещающиеся снаружи или внутри ко-
робки и образующие одновременно два
симметричных шва, что сокращает
время изготовления элемента и пред-
отвращает его коробление от односто-
роннего нагрева при сварке одного шва.
Помимо автоматической, на заводах
применяется полуавтоматическая свар-
ка (при небольшой длине шва и возмож-
ности образования валика из флюса)
Аппарат перемещают вдоль шва вруч-
ную, а электродная проволока подается
автоматически.
Ручная сварка применяется при об-
разовании . коротких, неответственных
швов в местах, не доступных для полу-
автомата.
Важнейшей операцией технологии
изготовления конструкции является об-
разование монтажных отверстий по кон-
цам изготовленных элементов, от точ-
ности расположения которых зависит
взаимное расположение элементов, успех
монтажа пролетного строения.
Основным способом образования мон-
тажных отверстий в элементах пролет-
ных строений является сверление от-
верстий по шаблонам — кондукторным
доскам. Шаблон представляет собой ме-
таллический лист толщиной 8—10 мм с
отверстиями, расположенными по стан-
дартной сетке, принятой в типовых
проектах — с шагом 80 мм (рис. 291).
Для защиты кромок при многократ-
ном сверлении отверстия снабжены
втулками из высокопрочного металла,
запрессованными в лист шаблона. Шаб-
лоны устанавливают на концах элемента
по тщательной разбивке нескольких
Рис 290 Двухдуговой свароч-
ный автомат
/ — электрод, 2 — шов
376
Рис 291 Кондукторная доска для
образования монтажных отвер-
стйй
а — фасад, б — втулка в разрезе, 1
маячные отверстия, 2 — втулка
«маячных» отверстий. При помощи
'Этих отверстий шаблоны крепят бол-
тами к элементу, затем через втулки
сверлят остальные отверстия по
проектному рисунку.
При изготовлении серии типовых
пролетных строений могут быть изго-
товлены объемные кондукторы с шаб-
лонами (досками) на концах.
При изготовлении нетиповых кон-
струкций производится заводская
сборка конструкций по плоскостям
(балка, ферма целиком или по частям
и т. п.) на стеллажах. Монтажные от-
верстия образуют одновременно во всех элементах и фасонках, сходя-
щихся в узле. Это обеспечивает хорошее совпадение отверстий, но
требует больших производственных площадей и трудовых затрат.
На заводах большое внимание уделяется контролю качества изго-
товления мостовых конструкций. Помимо проверки основных раз-
меров тщательно контролируется качество соединений, особенно
сварных. Для этого используют, помимо визуального осмотра, дефек-
тоскопы с просвечиванием шва гамма-лучами.
Точность образования полей монтажных отверстий проверяют
контрольной сборкой плоскостей пролетного строения (ферм, проез-
жей части, связей и др.). Такая сборка производится для каждого
пятого типового пролетного строения, после чего при необходимости
производится наладка кондукторов. После приемки ОТ К ставит на
элементах свой знак, марку согласно проекту, затем элемент поступает
в малярный цех, в котором после очистки поверхности металла вы-
полняются шпатлевка и грунтовка металла. Соприкасающиеся плос-
кости в пределах монтажных соединений, части конструкций, подле-
жащие в последующем бетонированию, а также зоны монтажной свар-
ки не грунтуются.
В настоящее время проводятся исследования защитных металли-
ческих и грунтовочных покрытий поверхности соединений на фрик-
ционных болтах. Такие покрытия, не снижая фрикционных свойств,
защищают контактные поверхности от окисления и упрощают подго-
товку элемента ж монтажу, так как исключают необходимость обра-
ботки ее пескоструйными аппаратами перед монтажом и консервации
очищенной поверхности ца время ожидания сборки.
§ 2. Установка и монтаж стальных пролетных строений
Установка на опоры цельноперевозимых пролетных строений со
сплошной стенкой производится одним или двумя кранами на желез-
нодорожном ходу, аналогично установке блоков железобетонных про-
летных строений (см. рис. 158). Пролетные строения длиной до 34,2 м
включительно могут быть установлены консольными кранами соот-
378
нетствующей грузоподъемности (при длине 34,2 м краном ГЭПК-13б,
см. рис. 159). При езде на балласте блоки железобетонной плиты
укладывают на установленное пролетное строение. На многопролетном
мосту пролетные строения устанавливают консольным краном после-
довательно без плит с устройством подкранового пути на шпалах.
Блоки плиты укладывают стреловым краном в обратном порядке
с последовательной разборкой временного подкранового пути. По мере
укладки плиты включаются в работу пролетного строения постановкой
фрикционных болтов или бетонированием анкерных устройств.
При длине 45 м и более пролетное строение привозят отдельными
блоками. Для установки их в пролет сооружают временные (одну или
две) промежуточные опоры из дерева или инвентарных элементов
УИКМ. Блоки ставят последовательно консольным краном. После
их установки блоки объединяют над опорой монтажным стыком и на
них укладывают мостовое полотно. При езде на балласте укладывают
железобетонные плиты, которые включаются в работу пролетного строе-
ния после снятия его с временных опор. Возможность пропуска кон-
сольного крана с подвешенным блоком по установленному блоку
должна быть проверена соответствующим расчетом, если об этом
нет прямого указания в проекте.
На мосту с несколькими пролетами пролетные строения могут
быть соединены в одну плеть постановкой горизонтальных и верти-
кальных стыковых накладок. Собранную таким образом плеть
(рис. 292) при помощи лебедок с полиспастами надвигают вдоль оси
моста на опоры (продольная надвижка) с последующим разъединением
монтажных стыков. Для усиления приопорных участков балок пролет-
ных строений на время надвижки могут быть поставлены дополни-
тельные двутавровые балки 2 или тросовые оттяжки с рамой 1.
Пролетные строения со сквозными фермами собирают в пролете
на сплошных подмостях или навесным способом. Сборка на сплошных
подмостях требует устройства деревянных или инвентарных подмостей,
что удорожает строительство и увеличивает трудоемкость монтажа.
Поэтому такая сборка применяется лишь при сооружении однопролет-
ных мостов или при монтаже первого, анкерного пролетного строения
многопролетных мостов.
Ввиду узловой передачи веса монтируемого пролетного строения
опоры подмостей рационально расположить под основными узлами,
чтобы уменьшить нагрузку на подмости между опорами (рис. 293).
Сплошные подмости могут быть расположены только в пределах
первых панелей пролетного строения. Остальную часть собирают
навесным способом (рис. 293, б) с устройством в необходимых случаях
промежуточных опор (полунавесная сборка). Сборку на подмостях
ведут портальным краном, передвигаемым по подмостям, или же мон-
тажным стреловым краном, перемещаемым по верхним поясам. Сбор-
ка ведется посекционно, т. е. на все сечение пролетного .строения в та-
кой последовательности: проезжая часть, главные фермы, связи.
Элементы проезжей части и нижние пояса укладывают на деревян-
ные монтажные клетки с клиньями, позволяющими регулировать
положение узла по высоте. Придание проектного строительного подъе-
379
Рис 292 Продольная надвижка гТлети пролетных строений.
кран; 2 — монтажная клетка,
Рис 293 Сборка пролетных строений:
а — на подмостях, б — полунавесная, 1 — портальный
3 — монтажный кран
Рис. 294. Навесная сборка пролетных строений.
ма осуществляется гидравлическими домкратами, установлеййыМй
под основными узлами между клетками. Сборку при клепаных узлах
ведут на сборочных болтах (d = 22 мм) и пробках (d = 23 мм),
при фрикционных соединениях — на высокопрочных болтах и проб-
ках.
После выверки строительного подъема производят клепку или за-
тягивание высокопрочных болтов на проектное усилие, контролируе-
мое специальным динамометрическим ключом. При этом пробки заме-
няют заклепками или высокопрочными болтами.
Наиболее распространенным, экономичным и прогрессивным яв-
ляется монтаж пролетных строений навесным способом (рис. 294).
Монтируемое пролетное строение соединяют с собранным анкерным
пролетным строением временными соединительными элементами. Мон-
таж ведут стреловым краном, перемещаемым по верхним поясам
Устойчивость системы при равных пролетах обеспечивается проти-
вовесом, заанкериванием за постоянную опору или постановкой до-
полнительной промежуточной опоры, т. е. переходом на полунавес-
ную сборку.
Собирают сразу все сечение пролетного строения в последователь-
ности, указанной на рис. 295.
Элементы соединяют в узлах расчетным числом пробок и монтаж-
ных (или высокопрочных) болтов. Пробки предотвращают возмож-
ность взаимного сдвига элементов стыка и воспринимают усилие в эле-
менте, а монтажные болты, диаметр которых на 1 мм меньше диаметра
отверстия, обеспечивают плотность соединения. Высокопрочные болты
обеспечивают восприятие усилия и плотность соединения. При их
наличии пробки ставят только при наводке элемента в узел. Строи-
тельный подъем обеспечивается точностью расположения монтажных
отверстий на заводе. Клепку узлов или натяжение полного числа вы-
сокопрочных болтов на проектное усилие производят вслед за сборкой
с отставанием не больше чем на 2—3 панели.
При навесном монтаже должна быть проверена прочность соеди-
нительных и основных элементов ферм в процессе монтажа.
При больших (более 88 м) пролетах сечения некоторых элементов
пролетного строения, подобранные по эксплуатационным усилиям,
не могут без усиления выдержать монтажные усилия при навесной
сборке. В первую очередь к ним относятся нижние пояса приопорных
панелей, испытывающие большие монтажные сжимающие усилия при
небольших растягивающих эксплуатационных усилиях. Усиление
узлов и элементов может быть произведено постановкой дополнитель-
ных съемных деталей (листов, уголков). Однако последующее снятие
этих деталей требует сложных и ответственных монтажных работ,
выполняемых при тщательном инженерно-техническом контроле.
Оставление же их на элементах вызывает дополнительный расход
металла.
Возможными решениями являются установка промежуточной вре-
менной опоры (рис. 296), шпренгеля или рамы с оттяжками-вантами.
Оптимальное решение нахрдят путем технико-экономического сравне-
ния вариантов.
381
Рис 295 Очередность установки элементов
при навесной сборке (/—15) Пунктиром
показана тросовая оттяжка
"________п_________п
Рис 296 Способы обеспечения прочности
элементов монтируемых пролетных строе-
ний*
Рис 297. Уравновешенная навесная сборка
пролетных строений
382
При небольшой (до 10—
12 м) высоте моста, неглубо-
кой (до 4 м) воде и грунтах,
допускающих устройство
свайного фундамента, устрой-
ство промежуточной опоры
может оказаться лучшим ре-
шением, обеспечивающим од-
новременно устойчивость си-
стемы и прочность элементов
при монтаже.
По окончании сборки и
клепки опорный узел перед-
него конца смонтированного
пролетного строения подни-
мают на постоянной опоре
’гидравлическими домкратами
до тех пор, пока в верхнем
соединительном элементе не
будет погашено монтажное
растягивающее усилие, что
определяется простукиванием
соединительных болтов и за-
клепок. После этого снимают
соединительные элементы и
пролетное строение опускают
на опорные части.
В отдельных случаях, осо-
бенно при монтаже неразрез-
ных пролетных строений, не
требующих усиления и поста-
новки соединительных элемен-
тов, может оказаться целесо-
образным навесной уравнове-
шенный монтаж (рис. 297).
У промежуточной постоянной
опоры сооружают подмости,
на которых собирают при-
опорные анкерные панели, от
которых в обе стороны одно-
временно и равномерно ведет-
ся монтаж пролетного строе-
ния навесным или полунавес-
ным способами. При этом об-
разуются два фронта сборки,
что сокращает продолжитель-
ность строительства. Элемен-
ты доставляют на плавучих
средствах.
При сооружении промежуточных
опор особое внимание следует обра-
щать на обеспечение устойчивости
свайного фундамента путем устрой-
ства каркаса (рис. 298), в ячейки ко-
торого забивают сваи, или постанов-
кой металлических подводных тяжей
(при глубине воды до 3 м). Каркас
воспринимает горизонтальные уси*
лия, действующие на опору, обеспе-
чивает проектное расположение свай
в плане и уменьшает свободную длину
свай
При ограниченном сроке строи-
тельства, когда необходимо совме-
стить монтаж пролетных строений с
сооружением опор, применяют про-
дольную надвижку пролетных строе-
ний, предварительно собранных на
насыпи подхода. Для обеспечения
устойчивости надвигаемой конструк-
ции сооружают промежуточные опо^
ры — деревянные или инвентарные
(рис. 299). Надвижку производят на
стальных катках диаметром 80—120 мм
или на антифрикционных проклад-
ках. Пролетное строение опирается
на катки через верхний накаточный
путь, а катки двигаются по нижнему
накаточному пути. Накаточные пути
состоят из рельсов, пришитых косты-
лями к брусьям.
Продольное усилие при надвижке
создается тяговыми лебедками через
полиспасты. Для обеспечения равно-
мерного движения, без рывков, при-
меняют тормозные лебедки с поли-
спастами. Лебедки устанавливают на
надвигаемом пролетном строении или
на берегах (при небольшой ширине
реки). В процессе надвижки ведется
постоянное наблюдение за положе-
нием концов пролетного строения ви-
зуально по вешкам и при помощи
теодолита. Направление движения ре-
гулируется положением катков (углом
между осью катков и осью фермы).
Надвижка является ответственной
операцией, требующей слаженной и
Фасад
Рис 298 Каркас свайного фунда-
мента временной опоры
Рис 299 Продольная надвижка пролетного строения
а —общая схема надвижки, б — деталь накаточного устройства, / — тормозная лебедка,
2 — промежуточная бпора, 3 — тяговая лебедка; 4 — катки; 5 — верхний накаточный путь;
6 — то же нижний
Рис. 301 Схема перевозки пролетного строения на плавучих опорах*
/—пирс, 2 — плавучая опора, 3 — обстройка плавучей опоры; 4 — плашкоуты; 5 — рпоры
моста Стрелкой показано направление перерозк$
четкой работы большого числа рабочих. Поэтому подготовке, обуче-
нию и инструктажу команд должно быть уделено большое внимание.
Поперечная надвижка пролетного строения обычно применяется
при замене старых пролетных строений (рис. 300), так как она долж-
на быть выполнена в короткое время в «окно» между поездами. Новое
пролетное строение на подмостях собирают параллельно оси моста.
После окончания сборки, клепки, укладки мостобого полотна старое
пролетное строение передвигают по пирсам поперек оси моста, а на
его место надвигают новое пролетное строение. Эти работы выполня-
ют одновременно и, при четкой организации, быстро. Замененное
пролетное строение на плавучих опорах может быть перевезено к бе-
регу и там демонтировано.
При большом числе русловых пролетных строений (более 4—5)
может оказаться целесообразной сборка их на подмостях йа берегу
(рис. 301), поперечная передвижка по пирсам и последующая пере-
возка их на плавучих опорах на постоянные опоры. Пирсы для по-
перечной надвижки представляют собой узкие инвентарные подмости
для размещения нижних накаточных путей. Плавучие опоры состоят
из плашкоутов, составленных обычно из глухих стальных понтонов,
и обстройки из инвентарных элементов. Понтоны имеют донные от-
верстия, а вверху через патрубок соединены с компрессором. С уве-
личением давления воздуха вода отжимается из понтонов и опора
поднимается вверх. При уменьшении давления вода заполняет пон-
тоны, их плавучесть уменьшается, и опора опускается вниз.
Таким способом пролетное строение снимают с пирсов и после пере-
возки опускают на опоры. Грузоподъемность плашкоутов и понтонов
может быть доведена до нескольких тысяч тонн, что позволяет приме-
нять перевозку не только стальных, но и железобетонных пролетных
строений большого пролета железнодорожных и автодорожных мостов.
13 Зак. 1298
ГЛАВА XXIII
СОДЕРЖАНИЕ МОСТОВ И ТРУБ
§ 1. Организация содержания мостов и труб
Искусственные сооружения на железных дорогах СССР непосредст-
венно обслуживаются дистанциями пути, подчиненными службам
пути дорог. Руководство службами осуществляется Главным управле-
нием пути Министерства путей сообщения.
Содержание искусственных сооружений предусматривает надзор
и работы по текущему содержанию, а также капитальный ремонт со-
оружений. Главной задачей содержания искусственных сооружений
является предупреждение в них расстройств и повреждений и обеспе-
чение необходимых эксплуатационных качеств.
Надзор включает текущие непрерывные осмотры; периодические
осмотры; обследования и испытания; специальные наблюдения и
осмотры.
Надзор устанавливается с целью выявления дефектов и принятия
необходимых мер по обеспечению безопасности движения поездов.
В процессе текущего содержания проверяют соответствие дейст-
вующим инструкциям состояния пути в пределах искусственных со-
оружений и мостового полотна; очищают элементы искусственного
сооружения от грязи; приводят в исправное состояние регуляцион-
ные сооружения; очищают русла от наносов и зарослей под мостами
и перед ними; очищают трубы и мосты; готовят сооружения к пропус-
ку весенних вод, ледохода и т. п. К текущему содержанию относятся
также работы по ремонту отдельных частей сооружений, не требую-
щие больших затрат труда и материалов, например, одиночная за-
мена элементов мостового полотна, частичная окраска металлических
конструкций, замена отдельных слабых заклепок; перекрытие трещин
накладками; мелкий ремонт массивных опор, железобетонных и ка-
менных мостов (заделка трещин, ремонт сливов и т. п.), а также де-
ревянных мостов (удаление гнили, местное антисептирование, под-
тяжка болтов) и др. Текущее содержание должно осуществляться
с максимальной механизацией. Эти работы обычно выполняют путевые
и мостовые бригады под руководством дорожных и мостовых ма-
стеров.
К капитальному ремонту относятся работы, требующие значи-
тельных трудовых и материальных затрат. Капитальный ремонт вклю-
чает: сплошную замену мостовых брусьев и других элементов мосто-
вого полотна; замену негодных для дальнейшей эксплуатации пролет-
ных строений; усиление слабых элементов сооружений; устранение
негабаритности; частичное переустройство сооружений; устройство
смотровых приспособлений; полное возобновление окраски и гидро-
386
изоляции и т. п. При капитальном ремонте сооружения производят
также все работы, относящиеся к текущему содержанию.
Капитальный ремонт выполняют обычно специализированные под-
разделения. Такие работы, как усиление пролетных строений, уст-
ройство второго пути на мостах, увеличение подмостового габарита,
обычно выполняются строительными организациями Министерства
транспортного строительства и Министерства путей сообщения. Пе-
риодичность и сроки выполнения работ по содержанию искусственных
сооружений изложены в специальных руководствах и инструкциях.
Необходимость проведения капитального ремонта и объем его работ
устанавливают на основании детального обследования сооружений.
Важнейшие технические характеристики всех искусственных
сооружений записывают в карточки установленной формы. Кроме
того, данные о состоянии искусственных сооружений, записывают
в специальные книги искусственных сооружений,, которые ведет
мостовой мастер. Чертежи сооружений, пояснительные записки,
отчеты обследования и испытаний и другие технические материалы
хранятся на дистанции пути или в службе пути.
§ 2. Краткая характеристика эксплуатируемых мостов и труб
На железных дорогах СССР эксплуатируется немало мостов и труб,
построенных в прошлом веке. Старые мосты, сооруженные в прошлом
и начале текущего столетия, имеют, как правило, металлические
пролетные строения и массивные опоры из каменной кладки.
Вначале металлические пролетные строения изготовляли из сва-
рочного железа, которое получалось пудлинговым способом из чугуна-
сырца без переплава. В связи с этим сварочное железо имеет неодно-
родную структуру со значительным различием сопротивления раз-
рыву вдоль и поперек направления проката. Сварочное железо в мос-
тостроении применялось до начала нашего века. С 1883 г. по инициа-
тиве проф. Н. А. Белелюбского для изготовления пролетных строе-
ний стали применять литое железо, которое по способам изготовления
и по механическим характеристикам близко к современным малоугле-
родистым сталям.
Мосты, построенные в различное время, отражают уровень ин-
женерных знаний и опыта, накопленных к моменту их сооружения.
Развитие мостостроения в последние сто лет характеризовалось
не только совершенствованием конструктивных форм, методов расче-
та, строительных материалов, но и сопровождалось непрерывным
повышением расчетных нагрузок.
Первая обязательная для всех железных дорог России расчетная нагрузка
была введена в 1875 г. Она представляла собой поезд из трехосного паровоза с дав-
лением на ось 12 тс, трехосного тендера с давлением на ось 8 тс и вагонной на-
грузки 2,6 тс/м.
В 1884 г. вводится новая расчетная нагрузка, состоящая из трех четырехос-
ных паровозов с трехосными тендерами и вагонной нагрузки 2,2 тс/м. Давление
на ось паровоза принималось от 12,5 до 15 тс в зависимости от пролета моста.
Затем расчетные нагрузки были изменены в 1896 г. Расчетная нагрузка но нор-
13* 387
Мам 1896 г. представляла два Четырехосных паровоза с давлением йа ось 15 Тб
с трехосными тендерами с давлением на ось по 12,5 тс и вагонной нагрузкой
2,6 тс/м.
В 1907 г. в качестве расчетной нагрузки принимались два пятиосных паро-
воза с четырехосными тендерами (давление на ось паровоза 20 тс, тендера —
14 тс) и вагонная нагрузка 6 тс/м.
Изменения расчетных нагрузок были связаны с быстрым ростом подвижной
нагрузки. В период с 1907 по 1931 г. расчетная нагрузка изменялась трижды:
в 1921, 1923 и 1925 гг.
Расчетная нагрузка по нормам 1931 г. представлялась в виде схемы эталон-
ной нагрузки Hlt которая умножалась на соответствующий класс К. В зави-
симости от капитальности моста К принимали равным 8 или 7 (постоянные мосты)
и 6 (временные). Расчетная нагрузка 1931 г. применялась до 1962 г.
Расчет мостов (металлических до 1962 г., а железобетонных до 1956 г.) про-
изводили по методу допускаемых напряжений.
Наряду с изменением расчетных нагрузок менялись и допускаемые напря-
жения на металл в связи с улучшением качества материала и, главным образом,
изменением взглядов на запас прочности. На сварочное железо по нормам
1875 г допускаемые напряжения принимались равными 600 кгс/см2 для пролетов
до 15 м, по нормам 1896 г. — 650 + 2 I кгс/см2, где I — длина пролета в м.
На литое железо по нормам 1888 г. допускаемые напряжения были установлены
равными 650 4- 775 кгс/см2 (в зависимости от длины пролета); по нормам 1896 г.—
для проезжей части 650 кгс/см2, а для главных ферм — 675 + 2 I кгс/см2. Допу-
скаемые напряжения на литое железо повышались в 1905 и 1921 гг. В 1930 г.
на основании обширных исследований механических характеристик металла
эксплуатируемых мостов были значительно повышены допускаемые напряжения
для сварочного и литого железа. В связи с этим была значительно повышена
расчетная грузоподъемность эксплуатируемых металлических мостов, что
позволило пропускать по ним нагрузки более тяжелые, чем те, которые были
а)
приняты в качестве расчетных при
их проектировании.
Пролетные строения мостов,
построенные в начале второй
половины прошлого века, имеют
главные фермы со сложной ре-
шеткой: многорешетчатые и мно-
гораскосные (рис. 302, а и б).
Число простых решеток в мно-
горешетчатых фермах дости-
гало 22. Совершенствование этих
ферм происходило главным об-
разом путем уменьшения числа
простых решеток, в связи с чем
уменьшалось число элементов и
соединений, а также путем по-
вышения жесткости элементов
решетки и связей. В 80-х годах
прошлого столетия начали при-
менять пролетные строения с
главными фермами с треугольной
решеткой и дополнительными
стойками и подвесками (рис. 302,
в и г), а в 90-х годах по пред-
ложению проф. Л. Д. Проску-
рякова для больших пролетов —
глабные фермы со шпрейгель-
пой решеткой (рис. 302, д)
Поперечные и продольные
балки в старых мостах, как
правило, сплошные двутав-
рового сечения. Прикрепле-
ние продольных балок к по-
перечным осуществлялось без
«рыбок» или с одной «рыб-
кой» — фасонкой (рис. 303,
а и б), которая служит для
прикрепления диагоналей
продольных связей между
продольными балками. В этих
прикреплениях изгибающий
момент воспринимается за-
клепками, которые работают
«на отрыв головок», и соеди-
нительными уголками при-
крепления, что приводит к ча-
стому расстройству заклепок,
отрыву их головок и к появ-
лению трещин в уголках при-
крепления (вдоль обушка).
Продольные балки, как пра-
вило, не имеют горизонталь-
ных поясных листов, в связи
с чем в горизонтальных пол-
ках поясных уголков, в ме-
стах опирания мостовых
брусьев появляются усталост-
ные трещины, переходящие
в «выколы» (см,главу XXIV).
Железобетон в мостострое-
нии применяют с 90-х годов прош-
лого века. В 1908 г. в России
были утвеждены первые нормы на
железобетонные мосты. Однако
железобетонных мостов, построен-
ных до Великой Октябрьской со-
циалистической революции и со-
хранившихся до настоящего вре-
мени, очень мало. Строительство
железобетонных мостов широко
Рис 303 Прикрепление продоль-
ных балок к поперечным в старых
пролетных строениях:
а — без «рыбокг*, б — с одной «рыб-
389
388
развернулось после 1930 г. и особенно после Великой Отечественной войны.
Бетонные и каменные мосты на железных дорогах СССР встречаются крайне
редко
Наиболее старые водопропускные трубы под насыпями выполнены из
каменной кладки. С конца XIX столетия начинается строительство бетонных
и железобетонных труб: сначала сводчатых, затем—прямоугольных и круглых.
В современном строительстве водопропускные трубы круглого сечения по-
лучили наибольшее распространение. Имеются в эксплуатации в небольшом
количестве металлические круглые трубы и в качестве временных — дере-
вянные трубы.
Пригодность мостов и труб для эксплуатации под современными
нагрузками определяется в основном двумя факторами: их физическим
состоянием и расчетной грузоподъемностью. Физическое состояние
сооружения зависит, главным образом, от качества его постройки и
содержания в течение всего срока эксплуатации.
Накопленный большой опыт эксплуатации металлических мостов
показывает, что при удовлетворительном их содержании срок их
эксплуатации может достигать 70—100 лет.
§ 3. Пропуск ледохода и высоких вод
Одной из важнейших задач текущего содержания мостов и труб
является их защита от подмыва и повреждения ледоходом, а также
предотвращение заторов льда. С этой целью проводится комплекс
мероприятий. Для обеспечения свободного пропуска водотока русло
около мостов и труб регулярно расчищают; вырубают кустарник как
под самим мостом, так и на протяжении 30 м выше и ниже моста (ес-
ли кустарник не является специальным укреплением против местного
размыва). В местах возможного размыва, угрожающего сооружению,
укрепляют русла; все укрепления насыпи, регуляционных сооруже-
ний и т. п. должны содержаться в исправном состоянии.
Особую заботу вызывают опоры мостов, укрепления конусов
насыпей и регуляционных сооружений, расположенные в районах
с суровыми климатическими условиями на реках и водохранилищах
с резко изменяющимся уровнем воды в период ледостава. При измене-
нии уровня воды примерзший к ним лед может их разрушать. Для
предотвращения разрушения кладки опор, укреплений конусов
насыпи и регуляционных сооружений вокруг них устраивают проруби
шириной 0,5 м. Толщина льда в прорубях не должна превышать
15—20 см. Аналогичную околку льда производят перед ледоходом
вокруг опор больших и средних мостов, а в неблагоприятных слу-
чаях и вокруг конусов насыпи и регуляционных сооружений. Перед
деревянными опорами и ледорезами при тяжелых условиях ледохода
непосредственно перед ледоходом устраивают прорези во льду шири-
ной не менее чем ширина опоры плюс 0,5 м, на протяжении около
25 м вверх и вниз по течению. ,
Особое внимание при подготовке к пропуску высоких вод и ледо-
хода обращают на те сооружения, в которых наиболее вероятны под-
мывы опор, конусов насыпи и регуляционных сооружений. Около
390
таких сооружений запасают материалы для аварийной защиты их
от разрушения: мешки, глину, камень и т. п. Кроме того, на каждой
дистанции пути создаются резервы камня, сложенного в штабеля
в удобных для погрузки местах.
С началом ледохода обращают особое внимание на предупрежде-
ние образования вблизи моста ледяных заторов. В зависимости от
складывающейся обстановки с этой целью принимают различные
меры, включая предварительное дробление сплошных массивов льда
на небольшие поля путем подрывания, отвода плывущих льдин
от опор и ледорезов баграми и т. п.
Во время паводка ведут наблюдения за горизонтами воды по рей-
ке, укрепленной обычно к опоре. Наивысшие горизонты паводков
должны быть отмечены масляной краской/На сооружении с указанием
года, к которому относится наблюдаемый горизонт. На больших ре-
ках у мостов устраивают специальные водомерные посты, ведущие
постоянные наблюдения за колебаниями горизонта воды. Данные
о паводке и ледоходе записывают в книгу искусственного сооружения.
Если уровень воды приближается к критическим отметкам, необ-
ходимо усилить наблюдение за возможным подмывом опор, конусов
насыпей и других частей мостового перехода. Начавшийся подмыв
можно заметить по резкому помутнению воды ниже по течению от
места размыва. Наиболее достоверные данные о характере подмыва
получают на основании последовательных периодических промеров
глубины реки в местах возможного размыва русла. Результаты каж-
дого последующего промера сравнивают с предыдущим. Обнаружив
опасное место размыва, в него в зависимости от скорости течения
немедленно сбрасывают камень, кули с камнем, габионы (проволоч-
ные ящики, заполненные камнем).
При обнаружении подмыва опор необходимо тщательно проверить
их положение в плане и профиле геодезическими инструментами.
§ 4. Содержание пути на мостах
От качества содержания пути на мостах зависит не только без-
опасность движения поездов, но и долговечность отдельных элементов
искусственных сооружений. Например, при наличии больших за-
зоров в стыках рабочих рельсов во время прохода нагрузки воз-
никают сильные удары, вызывающие ускоренное расстройство сое-
динений элементов проезжей части, а иногда их разрушение. Поэтому
содержанию пути на мостах должно уделяться особое внимание. Ру-
ководство работами по содержанию пути на мостах обеспечивается
дорожными мастерами.
Правила содержания пути на мостах и мостового полотна изло-
жены в Инструкции по содержанию искусственных сооружений
ЦП МПС 3084 1973 г. Содержание пути на мостах по шаблону и
уровню аналогично содержанию пути на перегонах.
Вследствие прогиба пролетных строений при действии временной
нагрузки путь также прогибается. Для обеспечения плавного движе-
391
ния поездов по мосту путь на металлических мостах (на каждом про-
летном строении) должен иметь в профиле очертание, обратное линии
прогиба пролетного строения. Стрела подъема пути на металлических
мостах при скоростях движения до 120 км/ч в каждом пролете долж-
на быть, как правило, 1/2000/, но не более 1/1000 I (I — длина проле-
та). На мостах с ездой на деревянных поперечинах требуемое очерта-
ние профиля пути обычно достигается путем различной прирубки
поперечин (от 0,5 до 3 см). Если таким способом не удается получить
требуемый профиль пути, следует применять поперечины различной
высоты или в крайнем случае подкладывать под поперечины доски
толщиной не менее 4 см. На железобетонных пролетных строениях
(за исключением случаев, предусмотренных проектом) путь укла-
дывают без подъема.
В плане путь должен соответствовать проектному положению
(по прямой или кривой определенного радиуса). На практике наблю-
дается несовпадение оси пути с осью моста, так как фермы пролетных
строений нередко имеют искривления в плане, а оси пролетных строе-
ний часто не лежат по одной прямой. Инструкцией допускаются не-
большие отклонения оси пути от оси моста (на прямых участках
до 5 -см)
На металлических мостах с температурным пролетом более 100 м
следует укладывать уравнительные приборы. Температурным про-
летом называется та часть длины моста, в пределах которой накапли-
ваются температурные перемещения пролетных строений.
Для уменьшения динамической нагрузки необходимо стремиться
к уменьшению числа стыков рабочих рельсов. Поэтому на мостах
не следует укладывать рельсы длиной менее 25 м. Инструкцией по со-
держанию искусственных сооружений предусматривается стыки рель-
сов в пределах температурных пролетов обязательно сваривать.
Рельсовые стыки не следует располагать ближе 2 м от концов глав-
ных ферм или прогонов деревянных мостов или деформационных швов
и замка на арочных мостах.
При расположении мостов на участках с бесстыковым путем бес-
стыковой путь на них разрешается укладывать, если длина моста
не превышает 33 м.
Сход поезда с рельсов в пределах искусственных сооружений
может привести к тяжелым последствиям. Поэтому для предотвра-
щения опасных отклонений в сторону сошедшего с рельсов поезда
в пределах искусственных сооружений укладывают контррельсы
или контруголки (см. рис. 223).
§ 5. Содержание труб
Водопропускные трубы являются ответственными искусственны-
ми сооружениями, исправная работа которых во многом зависит от ка-
чества их содержания. При эксплуатации труб особое внимание сле-
дует обращать на состояние их конструктивных элементов (звеньев,
оголовков, фундаментов), укрепление русел и откосов насыпи.
W
Входные и выходные русла должны быть спрямлены, расчищены
и достаточно укреплены; обнаруженные размывы заполнены камнем.
До начала весеннего паводка отверстия труб, как и малых мостов,
очищают от снега; на протяжении не менее 20 м с верховой и низовой
сторон в снегу устраивают канавы для стока воды. Небольшие трубы
для предупреждения заполнения их снегом на зиму закрывают спе-
циальными щитами, которые перед весенним паводком убирают.
В сборных и монолитных трубах возможно появление дефектов
в виде трещин, раскрытия швов, разрушения кладки, отрывов оголов-
ков от звеньев трубы. Нередко наблюдаются неравномерные осадки
трубы, смещения звеньев.
Трещины могут появляться вследствие неравномерной осадки фун-
дамента, чрезмерных Давлений насыпи, сильных динамических воз-
действий временной нагрузки при малой толщине насыпи над трубой
и т. д. Раскрытие швов, отрыв оголовков от трубы, смещение звеньев
могут быть вызваны неравномерными осадками фундамента, подмы-
вом фундаментов, нарушениями устойчивости насыпи.
В случае появления в железобетонных, бетонных и каменных
трубах трещин илб расстройства кладки принимают такие же меры,
как при содержании железобетонных, бетонных и каменных мостов
(см. главу XXIV). При наличии .больших трещин и значительного
расстройства кладки, вызывающих опасность разрушения, произво-
дят временное подкрепление трубы путем установки подпорок, рам и
других поддерживающих конструкций. Однако это может привести
к значительному стеснению отверстия. Поэтому до проведения капи-
тального ремонта необходимо тщательно следить за пропуском воды
в таких трубах.
Раскрытые швы тщательно заделывают просмоленной паклей,
а недеформационные швы, кроме того, — жестким цементным рас-
твором.
За трубами, в которых наблюдаются просадки или смещения от-
дельных элементов, устанавливают наблюдение с целью установления
характера развития деформаций. Для этого могут использоваться
геодезические инструменты и другие приборы и приспособления.
На основании анализа результатов наблюдений принимают решение
о способе ремонта. Если имеют место небольшие, затухающие во вре-
мени деформации, то можно ограничиться заделкой расстроившихся
швов и выравниванием лотка трубы. При значительных увеличиваю*
щихся во времени деформациях необходимо произвести ремонт по спе-
циальному проекту с устранением причин, вызывающих развитие
недопустимых деформаций.
В суровых климатических условиях содержание труб и малых
мостов имеет свои особенности и значительно усложняется. Районы
с суровым климатом характеризуются низкими температурами, нали-
чием вечномерзлых грунтов, наличием наледных явлений и т п.
Сооружения, построенные на вечномерзлых грунтах, наиболее часто
эксплуатируют с сохранением грунтов в основаниях в мерзлом сос-
тоянии и редко с предварительным и последующим оттаива-
нием.
393
Для сохранения вечной
мерзлоты используют различ-
ные способы: покрывают от-
косы насыпи и другие участ-
ки, прилегающие к элемен-
там конструкций, особенно со
стороны солнечного обогрева,
теплоизоляционными материа-
лами (шлаком, торфом, мхом);
применяют специальные
охлаждающие установки; со-
храняют естественный тор-
фяно-моховой покров и т. д.
Наибольшие трудности в
эксплуатации искусственных
сооружений (мостов и труб)
связаны с образованием оса-
док сооружений или отдель-
ных их элементов. Эти де-
фекты возникают главным об-
разом вследствие оттаивания
грунтов в основании и пуче-
ния грунтов. Для их предот-
вращения необходимо при-
нять меры по сохранению
вечной мерзлоты в основа-
ниях или заменить пучини-
стый грунт вблизи фундамента
непучинистым. Выбор мероприятия зависит от конкретных грунто-
во-мерзлотных условий.
Большую опасность для труб, а также для малых мостов пред-
ставляют наледи, образующиеся в их отверстиях. Наледи оказывают
непосредственное и косвенное воздействие на сооружение. Непосред-
ственное воздействие состоит в заполнении отверстий льдом и выходе
наледных вод на полотно дороги. Особенно опасны наледные бугры
(гидролакколиты). Лед гидролакколитов из-за наличия внутри бугра
гидростатического давления пучится, вовлекая в движение прилегаю-
щие к нему элементы сооружения и тем самым разрушая его.
Косвенное воздействие проявляется в виде мерзлотных, гидро-
геологических и других явлений, таких, как пучение грунтов, дегра-
дация мерзлых грунтов, расстройство швов звеньев трубы вследствие
замерзания воды в швах, разжижения грунта насыпи во время таяния
льда и т. д.
Для нормальной эксплуатации труб и малых мостов требуется
периодически выкалывать лед в отверстиях, обеспечивать пропуск
наледных вод по проделанным во льду канавам, что связано с боль-
шими затратами. Поэтому для улучшения содержания труб и малых
мостов на участках с наледями устанавливают противоналедные со-
оружения, обеспечивающие задержание наледи иналедной воды с вер-
394
ховой стороны или пропуск наледной воды в выходное русло Выбор
типа сооружения зависит от характера образования наледи, высоты
насыпи и других факторов.
В качестве постоянных удерживающих противоналедных сооруже-
ний используют земляные валы с заборами в проеме; железобетонные
заборы; грунтовые мерзлотные и мерзлотно-водонепроницаемые
экраны в сочетании с удерживающими противоналедными сооружения-
ми. Для задержания внезапно появившихся^ наледей иногда приме-
няют заборы из шпал или досок, устанавливаемые в непосредственной
близости от трубы. Высоту удерживающих противоналедных соору-
жений принимают на 0,5 м больше толщины наледи у вала (забора),
при полном ее задержании.
Схема мерзлотно-водонепроницаемого экрана с удерживающим
забором, сооружаемым обычно в пологих логах с наличием подзем-
ных вод, приведена на рис. 304. Такой экран состоит из вертикального
и горизонтального водонепроницаемого экранов. Вертикальный экран
располагают под углом 60—70° к направлению лога с заглублением
в водоупор или вечную мерзлоту на 0,5 м, а горизонтальный экран —
параллельно дну лога. Вазмеры горизонтального водонепроницаемого
экрана, принимающего выходящие на поверхность грунтовые воды и
одновременно создающего условия для резкого* их охлаждения,
определяют расчетом.
В районах глубокого сезонного промерзания и островной вечной
мерзлоты могут применяться наряду с мерзлотно-водонепроницае-
мыми экранами грунтовые мерзлотные пояса, представляющие собой
канаву глубиной 0,5—1,0 м и шириной 2—4 м с прбдольным уклоном,
обеспечивающим сток воды без размыва дна, но не менее 0,002. Длину
канавы принимают не менее ширины подземного потока в пределах
лога.
ГЛАВА XXIV
ДЕФЕКТЫ МОСТОВ И СПОСОБЫ
ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
§ 1. Дефекты металлических пролетных строений
В процессе эксплуатации в стальных пролетных строениях мос-
тов возникают и развиваются дефекты: а) расстройство заклепочных
соединений; б) усталостные разрушения; в) коррозия металла;
г) механические повреждения.
Расстройство заклепочных соединений — один из наиболее рас-
пространенных дефектов • клепаных пролетных строений — зависит
главным образом от величины суммарных перемещений (сдвигов)
по плоскостям контакта соединений. В связи с повышением интенсив-
ности движения поездов и увеличением их веса и скоростей движения
развитие этих дефектов будет возрастать. Расстройство заклепок
является весьма опасным дефектом. Опасность его заключается
не только в том, что расстройство приводит к увеличению динамиче-
ского воздействия на соединение и. к снижению сопротивляемости
его редко действующим максимальным нагрузкам, но и в том, что рас-
стройство заклепок приводит к значительному повышению концентра-
ции напряжений в зонах заклепочных отверстий (в отдельных слу-
чаях коэффициент концентрации напряжений для заклепочного от-
верстия может увеличиваться в несколько раз). Такое изменение в ха-
рактере напряженного состояния у заклепочных отверстий, особен-
но в элементах, работающих при многократно повторяющихся знако-
переменных или растягивающих напряжениях, может привести к
быстрому накоплению усталостных повреждений и к возникновению
усталостных разрушений.
В главных сквозных фермах наиболее часто наблюдается рас-
стройство заклепочных соединений в прикреплениях раскосов (осо-
бенно средних) к верхним узлам; в прикреплениях подвесок к верх-
ним узлам; в прикреплениях продольных и поперечных связей'между
главными фермами; в пересечениях элементов решетки главных ферм.
В элементах проезжей части наиболее характерными местами, в ко-
торых наблюдается расстройство заклепок, являются узлы" при-
крепления продольных балок к поперечным (особенно при отсутствии
рыбок); прикрепления верхних поясных уголков к вертикальным
листам продольных балок; узлы прикрепления продольных и попе-
речных связей между продольными балками.
Слабые заклепки обнаруживают, как правило, путем остукива-
ния заклепок молотком массой около 0,2 кг. Ударив сбоку по головке
заклепки молотком, приставляют палец к месту удара и вновь уда-
ряют по головке заклепки с противоположной стороны. Если заклеп-
ка слабая, то палец почувствует при этом легкое дрожание головки.
Ржавые потеки из-под головок заклепок или из зазоров между сое-
396
диняемыми элементами, а также трещины в окраске около закле-
почных головок обычно являются внешним признаком йеудовлетво-
рительного состояния заклепочного соединения.
Наиболее эффективным и сравнительно простым способом преду-
преждения развития расстройства заклепочных соединений является
частичная замена заклепок крайних рядов высокопрочными болтами.
В результате превращения заклепочного соединения в смешанное
значительно уменьшается его износ, особенно в зоне расположения
оставшихся заклепок. Кроме того, такая замена приводит к резкому
снижению концентрации напряжений около отверстий, в которых
вместо заклепок поставлены высокопрочные болты. Важно подчерк-
нуть, что чем раньше это мероприятие будет выполнено, тем больше
его эффект.
Усталостные разрушения. В практике эксплуатации металли-
ческих пролетных строений железнодорожных мостов в последние
годы участились случаи появления усталостных трещин в клепаных
элементах. Вначале трещины отмечались в пролетных строениях, из-
готовленных по расчетным нормам 1875, 1884, 1896 гг., а в последнее
время — в пролетных строениях по расчетным нормам 1907 г. и даже
1931 г.
Как известно, усталость металлов, как и других твердых мате-
риалов, есть процесс накопления повреждений, возникающих в них
при многократйом изменении напряжений ив определенных условиях,
приводящих к разрушению.
Усталость — процесс избирательного разрушения. Накопление
усталостных повреждений происходит^ в первую очередь, в зонах
максимальной концентрации напряжений. В клепаных пролетных
строениях наибольшая концентрация напряжений наблюдается около
заклепочных отверстий, особенно в прикреплениях элементов к фа-
сонкам или накладкам. В пролетных строениях ^сварных или усилен-
ных с применением сварки наиболее опасными концентраторами на-
пряжений являются резкие изменения сечения элементов, концы флан-
говых швов, различные дефекты швов
(шлаковые включения, трещины, непро-
вары и др.).
Наиболее серьезными и весьма опас-
ными усталостными повреждениями, за-
регистрированными на' железнодорож-
ных мостах “нашей страны,- являются
усталостные повреждения раскосов
главных ферм. К моменту обнаружения
усталостные разрушения раскосов пред-
ставляли собой трещины, начинающиеся
от кромки заклепочного отверстия пер-
вого, второго и очень редко третьего
ряда заклепок длиной от нескольких
миллиметров до нескольких сантимет-
ров (рис. 305). Нередко регистрировали
полный разрыв отдельных элементов
'ф-1 -ф- -ф- ф- -ф- -ф-
ф- ф- ф\.
-ф< । ф- ф|
Рис. 305. Усталостное разруше-
ние раскосов
397
раскоса, а иногда и полный разрыв раскоса. Усталостным разруше-
ниям предшествовало расстройство заклепок, что свидетельствует
о связи между расстройством заклепок и ускоренным накоплением
усталостных повреждений.
Усталостные повреждения элементов балок проезжей части и их
прикреплений являются наиболее распространенными дефектами
металлических пролетных строений. Первое место среди них зани-
мают трещины в верхних поясных уголках продольных балок, не
имеющих горизонтальных листов. Они возникают в горизонтальных
полках уголков около обушков под мостовыми брусьями и имеют про-
дольное направление (рис. 306), затем изменяя его в поперечное; в ре-
зультате под мостовым брусом получается своеобразный «выкол». По-
вреждения такого рода имеют место как во внутренних, так и в на-
ружных поясных уголках. Основной причиной появления этих трещин
являются высокие многократно повторяющиеся местные напряжения
в поясных уголках от усилий, передаваемых непосредственно мосто-
выми брусьями (поперечинами).
Имеют место усталостные трещины в верхних «рыбках» — фасон-
ках, на которые непосредственно опираются мостовые брусья.
В пролетных строениях длиной более 80 м иногда наблюдаются
усталостные трещины в нижних поясных уголках поперечных балок.
Одной из основных причин появления этих трещин является совмест-
ная работа балок проезжей части с главными фермами, в результате
чего возникают значительные изгибающие моменты в поперечных
балках из их плоскости.
Нередко встречаются продольные трещины около обушков в угол-
ках прикрепления продольных балок к поперечным. Повреждения
этого типа присущи, главным образом, прикреплениям, выполненным
без «рыбок» или с очень слабыми «рыбками». Появление их связано
с передачей через эти уголки значительных узловых моментов и про-
дольных сил, возникающих в продольных балках при совместной ра-
боте с главными фермами.
В последние годы заметно увеличилось число усталостных разру-
шений заклепок и высокопрочных болтов, работающих на растяже-
ние в прикреплениях продольных балок к поперечным. Наиболее
часто эти повреждения встречаются в прикреплениях без «рыбок».
Рис. 306 Трещины и выколы
в- верхних поясных уголках
продольных балок:
1 — мостовые брусья; 2 — выко-
лы; 3 — трещины
398
Встречаются усталостные разруше-
ния на участках прикреплений про-
дольных связей между главными фер-
мами, что связано с чрезмерными ко-
лебаниями элементов связей в верти-
кальной плоскости при проходе поез-
да (рис. 307).
В пролетных строениях сварных и
усиленных с применением сварки
усталостные трещины могут возни-
кать как в сварных швах, так и в
основном металле.
Кроме трещин, связанных с уста-
лостью металла, могут возникнуть
трещины, вызванные хрупким и дру-
гими видами разрушений. Трещины
такого происхождения, в первую оче-
редь, встречаются в сварных конст-
рукциях.
При обследовании металлических
пролетных строений необходимо об-
ращать особое внимание на участки
возможного появления трещин. Внеш-
ним признаком наличия трещин значительных размеров могут слу-
жить потеки ржавчины или шелушение краски. Крупные трещины
можно обнаружить невооруженным глазом или через лупу при тща-
тельном осмотре. Более мелкие трещины определяют при помощи
различных приборов, например, индукционного дефектоскопа типа
ППД-1.
К трещинам следует относиться как к весьма опасному дефекту,
поскольку высокая концентрация напряжений около их концов мо-
жет привести к быстрому развитию трещины и разрушению элемента.
При наличии мелких трещин около концов сварных' швов, на кромках
элементов и в других местах следует участки с трещинами обработать
наждачным кругом, зубилом или напильником так, чтобы металл
с трещинами был удален, а образованная выточка имела плавное
очертание.
У концов более крупных трещин, ослабляющих сечение в преде-
лах допустимых для безопасного пропуска поездов (что проверяется
расчетом), необходимо просверлить сквозные отверстия диаметром
15—20 мм для прекращения развития трещины. Однако это мероприя-
тие нельзя считать вполне надежным, поэтому за такими трещинами
нужно установить специальное наблюдение, так как возможно их
дальнейшее развитие по другую сторону отверстий. Опасные трещины
после предварительного просверливания отверстий около их концов
должны быть перекрыты накладками на высокопрочных болтах,
в крайнем случае на заклепках или точеных болтах. Элемен-
ты, в которых замечено появление трещин, берут под особое наблю-
дение.
399
Коррозия. Металлические мосты, длительное время находящиеся
в эксплуатации, как правило, имеют коррозионные повреждения,
степень которых зависит, главным образом, от способов защиты
и качества их текущего содержания. Коррозионные повреждения
(рис. 308), уменьшая площадь сечения элементов, снижают грузо-
подъемность пролетных строений и нередко являются основной при-
чиной их замены. Главная причина развития значительной коррозии
металла в мостах заключается в неудовлетворительном их содержании.
Зарождению и интенсивному развитию коррозии в значительной сте-
пени способствуют некоторые конструктивные дефекты, загрязнен-
ность вредными газами и повышенная влажность воздуха, агрессив-
ность перевозимых грузов и т. д. К конструктивным дефектам пролет-
ных строений старой проектировки относятся различного рода углуб-
ления в элементах конструкций или в местах их соединений («меш-
ки»), где могут скапливаться вода и грязь; большой шаг связующих
заклепок; отсутствие дренажных отверстий в местах возможной
задержки воды и т. п.
Окраска является основным средством защиты металла от корро-
зии. Легче предотвратить появление коррозии, чем бороться с ней.
Поэтому необходимо обращать особое внимание на участки, где в пер-
вую очередь возможно появление коррозии, и очищать их от грязи.
Участки, пораженные коррозией, необходимо очистить и окрасить,
не ожидай сплошной окраски пролетных строений, которая произ-
водится один раз в 4—6 лет. ,
Для окраски металлических мостов применяют масляные краски
на натуральной олифе и полимерные лакокрасочные материалы.
Механические повреждения возникают, как правило, в процессе
эксплуатации в результате ударов негабаритных грузов по элементам
пролетных строений, а также при монтаже пролетных строений
вследствие нарушения технологии производства работ.
Повреждения, вызванные ударами
быть самыми разнообразными: разрывы
перевозимых грузов, могут
отдельных элементов или их
,частей; местные и общие
искривления элементов.
Н а иболее распространен-
ными дефектами, обуслов-
ленными нарушениями
технологии монтажа, яв-
ляются местные искривле-
ния (вмятины) элементов
или отдельных их участков
и общие искривления эле-
ментов.
Э л емен ты, пов режден -
ные ударным воздействием
нагрузки, необходимо тща-
тельно обследовать с целью
выявления трещин, осо-
бенно в зоне улаоа.
Рис. 308 Сквозная коррозия стенки поперечной
балки
400
Искривление элементов приводит к возникновению в них дополни-
тельных напряжений, а в сжатых элементах уменьшается их сопро-
тивляемость потере устойчивости. Если стрела искривления сжатых
элементов превышает 1/7 радиуса инерции сечения в плоскости
искривления, а в растянутых 1/10 высоты сечения, то необходимо
произвести проверку расчетом допустимости такого искривления
и принять меры по усилению или выправке элемента. За искривлен-
ными элементами устанавливают наблюдения, результаты которых
записывают в книгу искусственного сооружения.
Особенно опасными являются искривления сжатых элементов
с одновременным повреждением соединительной решетки между вет-
вями (погнутости, разрывы). В таких случаях следует немедленно
принять меры: исправить поврежденные части соединительной решет-
ки с усилением ее, если это окажется необходимым по расчету; обе-
спечить устойчивость элемента. Наиболее простым способом повыше-
ния устойчивости поврежденного элемента, применяемым в качестве
экстренного временного мероприятия, является наложение на него
деревянных брусьев (бревен), скрепляемых с элементом хомутами.
§ 2. Дефекты железобетонных пролетных строений
Наиболее распространенным дефектом железобетонных мостов яв-
ляются трещины в бетоне. В конструкциях из обычного железобетона
в зонах, работающих на растяжение, появление трещин неизбежно,
так как действительные деформации бетона превышают его так назы-
ваемую растяжимость. При правильном конструировании раскрытие
этих трещин не должно превышать 0,2 мм. Считается, что при таком
раскрытии трещин в мостовых конструкциях не возникает^ ржавле-
ния арматуры и, следовательно, не произойдет существенного сни-
жения долговечности.
Трещины в предварительно напряженных железобетонных конст-
рукциях с напряженной арматурой в виде проволочных пучков, от-
дельных проволок или канатов наиболее опасны. При доступе влаги
к арматуре через трещины в результате коррозии площадь сечения
проволок быстро уменьшается.
Вредное влияние трещин в бетоне на несущую способность и дол-
говечность железобетонных конструкций связано не только с корро-
зией арматуры. Трещины могут и непосредственно снижать грузо-
подъемность конструкций, прежде всего предварительно напряжен-
ных, например, при появлении наклонных трещин в стенках балок.
Поэтому при оценке опасности различных типов трещин необходимо
тщательно анализировать их влияние на эксплуатационные характе-
ристики конструкций, обращая особое внимание на процесс разви-
тия трещин.
Наиболее характерные типы трещин, наблюдаемые в эксплуати-
руемых балочных пролетных строениях, приведены на рис. 309.
Усадочные трещины возникают, как правило, в поверхностных
слоях бетона вследствие нарушения режимов твердения бетонов, а
401
также чрезмерно высокого содержания цемента в бетоне, стеснен-
ности усадки, обусловливаемой конструктивной формой, характером
армирования и др. Характерными признаками усадочных трещин
являются их хаотическое расположение, небольшие длина и рас-
крытие.
Основная причина возникновения наклонных трещин
в стенках балок—совместное действие главных растягивающих на-
пряжений от нагрузки и температурно-усадочных напряжений. Такие
трещины особенно опасны в предварительно напряженных пролет-
ных строениях, так как могут значительно снижать их грузоподъ-
емность.
Продольные трещины в местах примыкания плиты
к стенке вносят существенные изменения в работу пролетного строе-
ния и могут значительно снижать его прочность, а поэтому относятся
к весьма опасным дефектам. Одна из главных причин появления этих
трещин — нарушение технологии бетонирования пролетного стро-
ения.
Поперечные трещины в плитз вызываются, главным
образом, перетяжкой нижней продольной арматуры и изгибающими
моментами, создаваемыми при установке балок кранами. В процессе
эксплуатации постоянные и временные нагрузки способствуют за-
крытию этих трещин.
Поперечные трещины в нижних поясах
предварительно напряженных пролетных строений свидетельствуют
о недостаточном натяжении напрягаемой арматуры или о значитель-
ных потерях натяжения в результате усадки, ползучести бетона или
нарушения нормальной работы анкерных устройств.
Продольные трещины в предв арительно
обжатых поясах (вдоль напряженной арматуры) появляют-
ся, главным образом, в течение первых лет эксплуатации. Образо-
вание этих трещин связано с поперечными деформациями, вызван-
ными чрезмерным обжатием бетона при натяжении арматуры, и
стесненной усадкой бетона около продольной арматуры. Опасность
этих трещин состоит в том, что через них могут проникать влага и
другие агрессивные элементы к
________________________________ арматуре, создавая благоприят-
ные условия для ее коррозии.
При этом продукты коррозии,
занимая больший объем, соз-
дают радиальное давление на
бетон, что способствует раскры-
тию трещины. Поэтому трещи-
ны этого типа необходимо не-
медленно заделывать.
Рис 309. Характерные типы трещин в ба-
лочных железобетонных пролетных строе-
1 _ усадочные, 2 — наклонные в стенке, 3 —
продольные в зоне примыкания плиты Д стен-
ке; 4 — поперечные в плите; 5 — поперечные
в. нижнем поясе; 6 - продольные в нижнем
поясе; 7 — горизонтальные, на торцовом уча-
стке; 8 — в зоне опирания на опорную часть
402
вых участках пролет-
ных строений возникают в на-
чальный период эксплуатации
вследствие действия местных растягивающих напряжений» вызван-
ных сосредоточенными силами предварительного напряжения ар-
матуры.
Трещины в зонах опорных частей являются,
как правило, следствием конструктивных недостатков опорных узлов
пролетных строений (сосредоточение анкеров, короткий опорный лист
и др.). На развитие трещин этого типа существенное влияние ока-
зывает работа опорных частей. При нарушении работы подвижных
опорных частей возникают дополнительные усилия, способствующие
развитию трещин.
В арочных железобетонных пролетных строениях трещины наи-
более часто возникают в подвесках и затяжках. Наблюдаются тре-
щины в арках и стойках. В каменных и бетонных арочных мостах
трещины, главным образом, возникают в зонах замка и пят, а также
в щековых стенках
Появление трещин во внешне статически неопределимых систе-
мах железобетонных, бетонных и каменных мостов может быть свя-
зано с деформациями оснований опор.
В сборных железобетонных конструкциях нередко трещины на-
блюдаются в зонах монтажных стыков.
За трещинами в железобетонных и каменных мостах необходимо
вести наблюдение для выяснения причин их образования, интенсив-
ности роста. В общем случае наблюдение за появлением и развитием
трещин заключается в периодической зарисовке их, отметке границ
развития и измерении величины раскрытия. Данные наблюдений за-
писывают в специальный журнал или книгу искусственного сооруже-
ния. Кроме того, трещины обводят масляной краской на самом соору-
жении, делая отметки об их развитии. При записи наблюдений за тре-
щинами необходимо отмечать данные о нагрузке, температуре и
погоде.
Величину раскрытия трещины удобно измерять при помощи мик-
роскопа Бринелля с увеличением в несколько десятков раз, снабжен-
ного измерительной шкалой. Места установки микроскопа должны
быть зафиксированы.
Простейшим приспособлением для наблюдения за ростом трещин
являются гипсовые или цементные маяки, которые представляют со-
бой крупные мазки гипсовым или цементным раствором поперек тре-
щины.
При оценке опасности трещины следует учитывать не только ве-
личину раскрытия трещин, но и характер их расположения, интен-
сивность развития и общее состояние конструкции. Внешними при-
знаками, характеризующими опасное развитие трещины, служат поте-
ки ржавчины на поверхности бетона, свидетельствующие о коррозии
арматуры; белые потеки, свидетельствующие о выщелачивании це-
ментного камня, и др.
При обследовании железобетонных и каменных мостов необхо-
димо обращать внимание на качество изготовления конструкций. На-
личие поверхностных раковин, пор, выколов выявляют наружным
осмотром.
403
Большое значение для долговечности железобетонных и каменных
мостов имеют надежный отвод воды и состояние гидроизоляции.
При плохом отводе воды или неисправной гидроизоляции вода про-
никает в. кладку, выщелачивает цементный камень и вызывает ржав-
ление арматуры. Такие участки можно обнаружить по наличию на по-
верхности конструкции мокрых пятен, потеков выщелачивающегося
раствора и по другим признакам просачивания влаги. В местах, где
просачивается вода, удаляют балластный слой и проверяют состоя-
ние гидроизоляции и водоотводных устройств. Обнаруженные повреж-
дения должны быть устранены.
При ремонте и замене гидроизоляции балластного корыта устраи-
вают новый сплошной слой оклеенной изоляции из тонколистовых
пластиков на специальном клее или из четырех-пяти слоев битумной
мастики толщиной 2—3 мм, армированных битуминизированной анти-
септической тканью (битантит), гидроизолом и т. п.
Перед наклейкой изоляционного ковра следует исправить подгото-
вительный слой, а если его не было или он разрушен, то уложить
вновь, применяя для этого бетон на мелком (до 25 мм) щебне или це-
ментно-песчаный раствор состава 1:3 — 1:4, придав ему уклоны
к водоотводным трубкам не менее 0,03.
Перед укладкой изоляции поверхность подготовительного слоя
необходимо тщательно просушить и прогрунтовать битумным лаком
(25—35% битума марки БН-Ш-У, растворенного в 75—65% по весу
бензине, керосине, лигроине). Укладку изоляции следует произво-
дить через 2—3 ч после нанесения грунтовки.
Замену и ремонт гидроизоляции балластного корыта в пролет-
ных строениях эксплуатируемых мостов выполняют по^возможности
в «окна», а иногда — и без перерыва движения поездов.
При выполнении работ без перерыва движения поездов для пере-
крытия ремонтируемых участков используют разгрузочные пакеты,
которые устанавливают кранами или вручную в «окна» (рис. 310).
После установки пакетов в балласте делают поперечные прорези и под
пакетами устраивают клеточные опоры, а затем*убирают балласт и
шпалы между ними. На участках между опорами укладывают изоля-
цию и защитный слой, после чего клеточные опоры переставляют
1МП 17%П
Рис. 310. Схема выполнения работ по укладке (ремонту) изоляции с применением
разгрузочного пакета:
1 — мостовые брусья; 2 — изоляция; 3 — пакет; 4 — защитный слой; 5 — бетонная подготовка
404
на отремонтированные участки, а нГа освободившихся от опор местах
продолжают работы по устройству изоляции. Закончив эти работы,
все опоры разбирают, укладывают балласт, а пакет переставляют
на другое место, и продолжают ремонт в такой же последовательности.
Меуткие поверхностные трещины, не снижающие долговечность
конструкций, можно не устранять. Трещины, снижающие долговеч-
ность арматуры по коррозии, расположенные в зонах растянутой
арматуры, должны быть заделаны. Герметизация этих трещин может
быть выполнена путем наклейки, например, ткани из стеклоплас-
тика или листового металла клеем на основе эпоксидной смолы ЭД-5
или ЭД-6. Наибольший эффект дает герметизация трещин под давле-
нием составами на основе каучука или компаундами на основе эпок-
сидных смол.
При наличии трещин, снижающих грузоподъемность, весьма эф-
фективным способом ремонта является глубинное инъецирование
компаунда на основе эпоксидных смол или силовая герметизация
трещин. Для глубинного инъецирования применяют компаунд, при-
мерный состав которого следующий: ЭД-5 или ЭД-6 100 вес. ч.; по-
лиэтилен полиамин (ПЭПА) — 10—12 вес. ч.; дибутилфталат (ДБФ) —
до 20 вес. ч. Этот состав подают в трещину через специальные штуце-
ра, расположенные по ее длине через 20—100 см (в зависимости от глу-
бины и ширины трещины) под давлением до 400 ат.
Силовая герметизация трещины осуществляется путем наклейки
в зоне расположения трещины пластин из стеклопластика или листо-
вого металла при помощи клея на основе эпоксидных смол.
Трещины можно цементировать путем нагнетания в них водо-це-
ментного раствора при помощи поверхностных инъекторов. При нали-
чии крупных развивающихся -трещин иногда целесообразно участки,
пораженные трещинами, покрывать торкрет-бетоном или устраивать
железобетонную оболочку. Торкретирование заключается в нанесе-
нии на очищенную поверхность под давлением цементного раствора,
состоящего из одной части цемента, трех—пяти частей песка и 10—
18% воды по отношении) к массе цемента. Нанесение раствора произ-
водится при помощи цемент-пушки. Эффективность защиты торкрет-
бетоном значительно повысится, если на торкретируемую поверх-
ность установить металлические сетки с ячейками 5—10 см из про-
волоки диаметром около 5 мм.
§ 3. Дефекты опор
Наиболее распространенными дефектами опор являются выветрива-
ние, расстройство кладки, ‘Трещины, разрушение водосливных по-
верхностей, а также общие перемещения опор — осадки, сдвиги,
крены. Основным признаком выветривания служит шелушение поверх-
ности, отделение мелких плиток — лещадок.
‘ Расстройство кладки массивных опор обычно начинается в зонах
подферменных площадок. Его можно определить по вибрациям и
взаимным смещениям отдельных камней (блоков) при проходе поез-
405
да, наличию пересекающихся трещин, по продуктам выщелачивания
бетона, а также путем остукивания кладки молотком.
В подводной части старых опор из бутовой кладки иногда на-
блюдаются серьезные разрушения тела опоры в виде значительных
«вывалов». Большое влияние на разрушение подводной кладки опор
может оказывать химическая агрессия воды по отношению к бетону,
обусловленная, как правило, сбросом в реку промышленных отхо-
дов. Наиболее интенсивно подводная кладка опор разрушается в зо-
нах ледостава при первых подвижках льда.
Трещины в опорах весьма разнообразны по расположению и ха-
рактеру развития. Они могут быть поверхностными, глубокими, а
иногда и сквозными. Значительные вертикальные трещины, имею-
щие большое раскрытие внизу и затухающие вверху (рис. 311, а),
свидетельствуют о неравномерной осадке опор, о недостаточной не-
сущей способности основания. В случае недостаточной подвижности
опорных частей, когда на опору передаются большие горизонтальные
силы, возможно возникновение трещин в быках и устоях (рис. 311, б
и в). При заполнении устоев с обратными стенками плохо дренирую-
щим и пучинистым грунтом и неудовлетворительном водоотводе мо-
жет произойти отрыв обратных стенок устоя (см. рис. 311, а) вслед-
ствие значительного бокового давления.
В подферменниках старых опор, изготовленных из гранита и
песчаника, нередко появляются сквозные трещины. Кроме того, на-
блюдается расшатывание подферменников в опорных гнездах.
Рассмотренные типы трещин появляются, главным образом, во
время эксплуатации моста. Трещины могут образовываться и во время
сооружения опор. В бетонных массивных опорах появление таких
трещин связано с экзотермическими процессами при твердении бето-
на, вызывающими высокие внутренние напряжения, особенно при ох-
лаждении наружных слоев. Могут возникать трещины по швам бето-
нирования при плохом сцеплении бетона отдельных блоков. Трещины,
возникающие при постройке опор, могут получить дальнейшее раз-
витие при эксплуатации моста.
Перемещения опор происходят вследствие различных причин:
подмыва опор, недостаточной несущей способности основания, уве-
личения горизонтального давления грунта насыпи вследствие плохого
отвода воды, оползневых явлений в основании опор и т. п. Значитель-
ные перемещения опор можно довольно легко определить по внешним
признакам. Так, например,
Рис. 311. Трещины в кладке опор
406
при смещении устоя внутрь
пролета подвижная опор-
ная часть сильно смещает-
ся, а конец пролетного
строения может упираться
в шкафную стенку или в
торец соседнего пролетного
строения. Наклон или сме-
щение промежуточной
опоры можно обнаружить
по изменению расстояния между концами смежных пролетных строе-
ний. Наиболее точные данные о перемещениях опор можно получить
путем периодических геодезических съемок их положения.
Обследуя устои, необходимо обращать внимание на состояние соп-
ряжения моста с насыпью. При крутом уклоне конусов часто наблю-
дается их сползание, вызывающее оголение торцов шпал, что может
быть причиной больших и опасных дополнительных напряжений
в рельсах.
Обнаруженные дефекты в опорах подлежат устранению. Способ
ремонта в каждом конкретном случае устанавливают на основании
комплексной оценки характера повреждения и причин, его вы-
звавших.
Исправление расшивки швов, восстановление сливных поверхно-
стей, штукатурки поврежденных поверхностей на небольших участ-
ках, ликвидацию небольших неразвивающихся трещин и других
мелких дефектов производят при текущем содержании.
Заделка трещин в массивных опорах производится так же, как
и в железобетонных пролетных строениях.
В случае расстройства кладки опор, выполненной на известковом
растворе, для восстановления ее монолитности применяют цемента-
цию — нагнетание цементного раствора под давлением. Для этого
в кладке при помощи перфораторов бурят вертикальные или наклон-
ные скважины диаметром 35—75 мм, располагая их в шахматном по-
рядке, с расстоянием между ними 0,9—1,6 м.
Длина наклонных скважин (приблизительно 15° к горизонту)
не должна превышать 3/8 толщины массива при бурении с двух сто-
рон и 3/4 — при бурении с одной стороны. После бурения всех сква-
жин их промывают водой под давлением 3—5 ат. Промывку ведут
сверху вниз.
После промывки скважины продувают сжатым воздухом в том
же порядке, как делали промывку, а затем плотно закрывают дере-
вянными пробками, обернутыми паклей.
Для цементации, как правило, применяют водо-цементный раствор
состава от 1 : 10 до 1 : 1 (отношение цемента к воде по массе). Сна-
чала нагнетают более жидкую консистенцию от 1 : 10 до 1 : 4 при дав-
лении около 2 ат, а в конце до 1 : 1 при давлении до 6—12 ат. Для
повышения качества нагнетаемого раствора и улучшения его прохо-
димости через трещины в кладке применяют пластифицирующие до-
бавки (сульфитно-спиртовую барду или мылонафт) соответственно
0,25 и 0,1 % от массы цемента, позволяющие доводить консистенцию
раствора до 1 : 0,6.
Если наряду с расстройством кладки опоры ее облицовка под-
верглась также разрушению, то кроме цементации устраивают желе-
зобетонную оболочку опоры. Минимальная толщина оболочки из ус-
ловия возможности бетонирования принимается равной 12 см. Арми-
руют оболочку двумя сетками из стержней диаметром 20—25 мм. Для
усиления связи оболочки с телом опоры ставят анкеры, закрепляемые
в скважинах для инъецирования водо-цементного раствора. Оболочку
опирают на обрез фундамента, а вверху подводят под карнизные
407
Рис. 312. Усиление промежуточной
опоры железобетонными поясами
1 — подферменник; 2 — железобетонный
пояс, 3 — анкер; 4 — продольная арма-
тура; 5 — хомут; 6 — штукатурный слой
(торкрет-бетон) ,
камни. На устоях оболочку заво-
дят в конусы насыпи на 40—
50 см.
Для укрепления расстраиваю-
щейся кладки наряду с цемента-
цией устраивают железобетонные
пояса высотой 1,0—1,5 м и толщи-
ной 25—40 см (рис. 312).
Хорошую защиту от дальней-
шего разрушения выветрившейся
и трещиноватой поверхности ка-
менной или бетонной кладки дает
торкретирование. Торкрет наносят
обычно толщиной “20—40 мм в 2—3
слоя по сетке из проволоки диа-
метром 8—10 мм с ячейками 5—
10 см. Каждый последующий слой
наносят после схватывания преды-
дущего.
Ремонт подводной части опор
производят под защитой водоне-
проницаемых перемычек в виде де-
ревянных или металлических
шпунтовых ограждений, железо-
бетонных или металлических обо-
лочек. В зимнее время в районах с низкими температурами могут
использоваться ледовые перемычки, создаваемые постепенным вы-
мораживанием и околкой льда вокруг опоры или на участке, где
необходимо выполнить ремонт.
§ 4. Дефекты деревянных мостов
Наиболее распространенным дефектом деревянных мостов явля-
ется гниение—разрушение древесины низшими споровыми грибками.
Наиболее уязвимыми для загнивания являются зоны около врубок,
участки около контактов в пакетах из досок, бревен, брусьев, а так-
же другие места, где может задерживаться влага и проветривание ко-
торых затруднено. В балочных и подкосных мостах гнилью поража-
ются обычно участки соприкосновения смежных ярусов прогонов и
сопряжения подкосов со сваями и прогонами (рис. 313). При этом
сложные узлы, имеющие много пазух и неплотностей опирания, осо-
бенно подвергаются интенсивному гниению. Благоприятные условия
для загнивания древесины создаются также в местах прилегания
металлических деталей к деревянным вследствие конденсации влаги
на металле.
В наиболее неблагоприятных условиях находятся детали устоев
и промежуточных опор, подвергающиеся переменному увлажнению
у поверхности земли и у горизонта воды. В песчаных грунтах гние-
408
Рис 313. Места, наиболее уязвимые для за-
гнивания (показаны штриховкой)
ние может распространяться на глубину до 1,5—2,0 м, а в плотных
влажных грунтах, на глубину 30—50 см. Гниение обнаруживают
внешним осмотром, остукиванием молотком или взятием проб.
Другим дефектом деревянных мостов являются трещины. Неболь-
шие продольные трещины, если они
и ослабленным местам, не пред- *
ставляют непосредственной опасно-
сти и являются следствием усушки
влажной древесины. Наоборот,
трещины у врубок или у стыков,
расположенные в плоскостях ска-
лывания или близко от них
(рис. 314), могут вызвать разруше-
ние в узле или стыке. Причиной
появления такого рода трещин,
кроме усушки, может быть неудо-
влетворительное выполнение соот-
ветствующей детали: плохая под-
гонка элементов во врубках, не-
равномерная работа шпонок и т. п.
В деревянных опорах, кроме
перечисленных дефектов, могут на-
блюдаться различные виды дефор-
маций и смещений: вертикальные
осадки, крены, перекосы. Причи-
нами вертикальной осадки опор
являются: а) осадка свай (в свай-
ных опорах) или грунта в основа-
нии (ряжевые и лежневые опоры);
б) деформация древесины от дейст-
вующих усилий и от усушки; в) де-
формации в сопряжениях элемен-
тов опоры. Если осадки происходят
Рис. 314 Трещины в эле-
ментах деревянных мостов:
1 — трещина
не подходят близко к вырубкам
Рис. 315. Перекос и крен опоры и ее
усиление:
1 — ряж; 2 — дополнительные связи
409
лишь в первое время после открытия движения по мосту, имеют уме-
ренную величину и в дальнейшем прекращаются, то они не являются
опасными. В этих случаях необходимо лишь выправить путь на
мосту, а иногда и положение пролетных строений.
Под влиянием неравномерной осадки свай или основания опоры
и под действием горизонтальных или внецентренно приложенных
вертикальных сил в случае забивки свай на недостаточную глубину,
подмыва опор и недостаточной жесткости могут появиться крен и
перекос опор. В этом случае необходимо произвести усиление опоры
путем постановки дополнительных связей, устройством объемлюще-
го ряжа с каменной засыпкой (рис. 315).
Ремонт деревянных мостов главным образом заключается в замене
поврежденных гнилью элементов, в проведении мер оприятий, предот-
вращающих развитие гниения, в устранении расстройства соедине-
ний. Поверхностную гниль, ослабляющую сечение элемента не более
чем на 15 %, удаляют стеской с последующим покрытием обнаженной
древесины антисептирующей пастой, изготовляемой по специальным
инструкциям. Этой же пастой шпатлюют трещины для предотвращения
загнивания древесины. Неплотности в соединениях устраняют подтяж-
кой болтов с предварительной забивкой в зазоры металлических или
дубовых прокладок.
Замену отдельных негодных Элементов деревянных мостов можно
производить, обеспечив разгрузку заменяемого элемента на время
его замены новым. Например, для замены свай балочного.моста уст-
раивают клетку из шпал, на которую при помощи домкрата и времен-
ных стоек передают усилия с заменяемой сваи, и производят ее за-
мену.
ГЛАВА XXV
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ МОСТОВ
§ 1. Основные положения классификации мостов
по их грузоподъемности и нагрузок по воздействию на мосты
В связи с тем, что эксплуатируемые железнодорожные мосты рассчи-
таны по разным нормам, их грузоподъемность различна. Поэтому
для оценки возможности пропуска по мостам вновь вводимого под-
вижного состава возникает необходимость их перерасчета.
Расчет эксплуатируемых мостов можно выполнять аналогично
расчету проектируемых мостов. Однако этот метод оказывается очень
трудоемким. Наиболее целесообразно расчет эксплуатируемых мос-
тов производить методом классификации.
Сущность метода классификации состоит в том, что величину
временной вертикальной нагрузки, которую элемент моста может без-
опасно выдержать при регулярной эксплуатации, выражают в еди-
ницах эталонной нагрузки. Число единиц эталонной нагрузки, кото-
рое может выдержать элемент, называют классом элемента.
Наименьший из классов элементов моста (пролетного строения) на-
зывается классом моста (пролетного строения).
В качестве эталонной нагрузки принимается временная нагрузка
по схеме Н1 1931 г. Временная подвижная нагрузка также выражает-
ся в единицах эталонной нагрузки Н1. Число единиц эталонной на-
грузки, которое по воздействию на мост эквивалентно действию рас-
сматриваемой подвижной нагрузки, называется классом на-
грузки.
Итак, класс элемента
где k — допускаемая временная равномерно распределенная
нагрузка;
^ — эквивалентная нагрузка для эталонной нагрузки Н1,
определенная для той же линии влияния, что и k;
1+р. — динамический коэффициент для эталонной нагрузки Н1
(поездов с паровой тягой), определяемый для элементов
металлических мостов по формуле
X — длина пролета (для основных элементов главных ферм)
или длина загружения линии влияния (для элементов,
работающих на местную нагрузку).
411
Значение допускаемой временной равномерно распределенной
нагрузки k (с учетом динамического коэффициента), которую может
выдержать рассматриваемый элемент, определяется из условия его
прочности. В настоящее время при классификации элементов метал-
лических мостов пользуются еще методом допускаемых напряжений,
при котором условие прочности элемента имеет вид
“—йр+вШк
—-----------
й)0
где р — погонная постоянная нагрузка;
N — число балок или ферм под один путь, на которые распре-
деляется действие постоянной нагрузки;
е — доля временной нагрузки с одного пути, приходящаяся
на рассматриваемую балку (ферму);
соо — рабочая площадь элемента;
Qp, — площади линии влияния силового фактора, соответствую-
щие загружению постоянной и временной нагрузками;
[о] — допускаемое напряжение.
Кроме условия прочности для элементов, работающих на много-
кратно повторные переменные или знакопеременные усилия, должно
быть выполнено условие выносливости. Это условие имеет тот же вид,
что и (XXV.2), но при допускаемом напряжении, равном у[о], где
у — коэффициент понижения допускаемых напряжений при расчете
на выносливость. Из условия (XXV.2) с учетом выносливости полу-
чим
[о] тао-рОр (XXV. 3)
В тех случаях, когда для элементов с двузначными линиями влия-
ния усилия от временной и постоянной нагрузок имеют разные зна-
ки, в формуле (XXV.3) вместо минуса появляется плюс.
Для элементов, работающих на многократно повторные перемен-
ные и знакопеременные усилия, определяют два класса — по проч-
ности и по выносливости. В связи с этим по формуле (XXV.3) вычис-
ляют два значения k: при у — 1 и у < 1. Подставляя в (XXV.1)
первое значение k, получим класс по прочности, второе — по вынос-
ливости.
Допускаемая равномерно распределенная нагрузка k должна
быть определена не только по прочности и выносливости наиболее
слабого сечения элемента, но и по прочности его прикрепления.
Для определения k в формулу (XXV.3) необходимо подставить
соответствующие значения рабочей площади. Например, для
растянутых элементов при расчете по прочности сечения (оо = FH,
где — площадь поперечного сечения нетто; при расчете сжатых
элементов по устойчивости соо = ^бр — площадь попереч-
ного сечения брутто; ср — коэффициент снижения допускаемых на-
пряжений при продольном изгибе; при расчете прочности прикрепле-
412
йия заклейками или болтами со0 = /1 — йисло заклепок или бол-
тов; р, — число заклепок или болтов, необходимое для прикрепления
1 см2 рабочей площади сечения элемента, и т. д.
Формула (XXV.3) является обобщенной. Ее можно использовать
для элементов, работающих на изгиб, а также элементов, подвергну-
тых усилению, подставляя в нее соответствующие значения рабочей
площади и допускаемых напряжений. Так, при определении k для
изгибаемого элемента по нормальным напряжениям вместо соо следу-
ет подставить величину момента сопротивления сечения нетто
и т. д.
При определении грузоподъемности металлических железнодо-
рожных мостов принимают следующие значения основных допускае-
мых напряжений: для литого железа мостов, изготовленных до 1905 г.
включительно, — 1,6 тс/см2; для литого железа, в том числе и стали
марки СтЗ мостов, изготовленных после 1905 г., — 1,7 тс/см2; для
сварочного железа — 1,4 тс/см2. Если марка стали неизвестна, то
основное допускаемое напряжение принимается меньшим из двух ве-
личине 0,7 предела текучести или 0,4 временного сопротивления.
Для сечений сплошных балок, за исключением поперечных балок
проезжей части, указанные допускаемые напряжения разрешается
увеличивать на 10%. Повышение допускаемых напряжений объяс-
няется тем, что при расчете балок на изгиб определяются фибровые,
а не осевые напряжения, как это имеет место, например, в элементах
главных ферм. При достижении в фибрах напряжений, равных до-
пускаемым, запас прочности балки по сравнению с элементом, рабо-
тающим на осевое усилие, при равенстве осевых и допускаемых на-
йряжений значительно выше. В поперечных балках, вследствие вклю-
чения их в совместную работу с поясами главных ферм, возникают
дополнительные напряжения от изгиба в горизонтальной плоскости.
Поэтому для них значения допускаемых напряжений не повыша-
ются.
Перерасчет металлических мостов методом классификации произ-
водится обычно на основные нагрузки (от собственного веса и времен-
ные вертикальные нагрузки). Портальные рамы, кроме того, рассчи-
тывают на совместное действие основных нагрузок и ветра. При этом
основные допускаемые напряжения повышаются на 15%.
Допускаемые напряжения на срез, смятие и отрыв головок закле-
пок являются производными от основных и принимаются равными:
на срез в сечениях элементов 0,75 [ а]; на срез в заклепках и болтах
повышенной точности (точеных) 0,8 [сг]; на смятие в заклепках и
болтах повышенной точности 2,5 [сг]; на отрыв головок заклепок
0,6 [о]. При хорошем качестве заклепок (хорошем состоянии соедине-
ний) разрешается повышать эти значения на 10%.
Значения других производных допускаемых напряжений, а также
коэффициентов ф, и у приведены в «Руководстве по определению гру-
зоподъемности металлических- пролетных строений железнодорожных
мостов» 1965 г. В этом «Руководстве» приведены основные положения
и нормы перерасчета металлических пролетных строений.
413
Согласно определению класс нагрузки
К &оО + |У)
° МНр) ’
где k0 — эквивалентная нагрузка от рассматриваемой подвижной
нагрузки;
1 + Ц' — динамический коэффициент для рассматриваемой нагрузки
без ограничения скорости движения.
Остальные обозначения приведены выше.
При подстановке в (XXV.4) динамического коэффициента (1 + ц')
получим класс нагрузки без ограничения скорости движения, посколь-
ку (1 + р,') имеет максимальное значение.
Для поездов с паровой тягой 1 + р' = 1 + р, = 1 + 302Д ,
а для поездов с электровозной, тепловозной тягой и для отдельно
рассматриваемой вагонной нагрузки 1 + р' = 1 + 3^-.
" Задавая различные скорости движения, можно изменять динами-
ческий коэффициент, а следовательно, и класс нагрузки. Минималь-
ное значение класса нагрузки, очевидно, будет при скорости дви-
жения, близкой к нулю. При этом динамическая добавка р' также
примет значение, близкое к нулю, а класс нагрузки будет равен
^ою1п~-,Л . • (XXV.5)
«нО + ц)
Этот прием используют для пропуска нагрузок, когда
«О min К < Ко,
где К — класс элемента по прочности.
Ограничение скорости должно быть таким, чтобы связанное с ним
снижение динамической добавки р' было достаточным для обеспече-
ния пропуска нагрузки, т. е.
К6=-feA<1±L,.“) t (XXV.6)
(1 + р»)
где и — коэффициент уменьшения динамической добавки.
При паровозной тяге динамическое воздействие на мост зависит,
главным образом, от влияния неуравновешенных масс паровоза (про-
тивовесы на колесах, кривошипы, дышла и т. п.). Наибольшее зна-
чение динамического коэффициента достигается при критической ско-
рости движения, когда период собственных колебаний пролетного
строения равен периоду изменения силы, вызывающей вынужденные
колебания, т. е. периоду оборота колеса паровоза.
Период собственных колебаний простого балочного пролетного
строения с достаточной для рассматриваемого расчета точностью
можно определить по известной формуле колебаний балки:
Tp=2nJ/^-^~, (XXV.7)
414
где — приведенная к середине пролета масса пролетно-
го строения;
т — масса на единицу длины пролета;
с — сила, которую нужно приложить в середине про-
лета, чтобы вызвать прогиб, равный единице.
При наличии поезда на мосту период собственных колебаний
приближенно можно определить по формуле
’>. = Л,'|/>+ф . (XXV.8)
где k — интенсивность временной нагрузки;
р — пбгонная нагрузка от собственного веса пролетного строе-
ния.
Период оборота колеса (в с) диаметром D при скорости движения
v км/ч равен
Г = з.блВ (XXV.9)
Приравнивая (XXV.8) и (XXV.9), найдем критическую скорость
(в км/ч)
пкр=-----3’6ilP • (XXV. 10)
Как показали исследования, величина у мало зависит от расчет-
ных норм, по которым проектировались металлические пролетные
строения. Это позволило построить единые графики для определения
критических скоростей поездов с паровозной тягой в зависимости
от величины пролета (рис. 316). Для облегчения определения допусти-
мой скорости движения (ниже критической) используют графики,
показанные на рис. 317. На этих графиках нанесены прямые для
различных отношений классов элементов металлического пролет-
ного строения (К) и классов вводимой в обращение нагрузки без ог-
раничения скорости (Ко)- По этому отношению для X, отвечающей
тому элементу, класс которого лимитирует пропуск нагрузки без ог-
раничения скорости, находят и и отношение допускаемой скорости v
к критической г>кр. Определив по графику на рис. 316 икр, устанав-
ливают значение v.
Как известно, снижения динамической добавки можно достиг-
нуть, если увеличить скорость, чтобы она стала более критической.
Однако этот способ снижения класса нагрузки для пропуска ее по
мостам с низкой грузоподъемностью связан с определенным риском.
Риск состоит в том, что при увеличении скорости повышается веро-
ятность таких явлений, как сход поезда с рельсов, увеличение сте-
пени повреждения элементов в случае удара негабаритным грузом
и т.п., которые при «слабом» пролетном строении могут привести серь-
415
Рис 316 Графики критических скоростей поез-
дов с паровозной тягой
у/кл/г 0,6 о,k о,г о го ьо во во юо по по
Длина загружения Я, м
Рис. 317. Графики коэффициентов U и v/vKp
416
езным последствиям. По-
этому согласно «Руковод-
ству» ддя снижения дина-
мической добавки разре-
шается только уменьшение
скорости движения по
сравнению с критической.
При тепловозной и элек-
тровозной тяге основными
факторами динамического
воздействия нагрузки яв-
ляются неровности пути,
колебания кузовов локо-
мотивов и [вагонов, влия-
ние подвижного состава
и др. По данным исследо-
ваний динамическое воз-
действие нагрузки с элек-
тровозной и тепловозной
тягой возрастает почти ли-
нейно р увеличением ско-
рости движения до 60—
70 км/ч. На основании этих
исследований коэффициент
уменьшения динамической
добавки для поездов с
электровозной и тепловоз-
ной тягой при ограничении
скорости определяют по
формуле(
(XXV. 11)
где v < 60 км/ч — допу-
скаемая скорость.
Для установления до-
пускаемой скорости из
(XXV. 6) находят значение
и, а по нему v, используя
(XXV. 11).
Метод классификации
стал применяться и для
расчета железобетонных
мостов. Он основан на ме-
тоде расчета по предель-
ным состояниям, что дает
возможность более гибко и
обоснованно оценивать гру-
зоподъемность мостов.
Условие прочности элемента в методе предельных состояний можно
записать так:
е^п пр *5пр»
(XXV. 12)
где Snp — предельная величина силового фактора, при которой
обеспечивается работа элемента с заданной надежностью;
пр — коэффициент перегрузки постоянной нагрузки.
Остальные обзначения, как в (XXV.2).
В условии (XXV. 12), как и в (XXV.2), динамический коэффици-
ент не введен потому, что он в методе классификации относится к эта-
лонной нагрузке, а коэффициент перегрузки временной нагрузки —
поскольку он по принятой методике учитывается при определении
класса нагрузки.
Из условия (XXV. 12). получим значение допускаемой (предельной)
временной равномерно распределенной нагрузки:
^пр— Ор«р
(XXV. 13)
Величина Snp зависит от геометрической характеристики сечения
(рабочей площади), нормативного сопротивления материала RB,
коэффициента условий работы т и коэффициента точности измерения
размеров элемента %.
Следует’ отметить, что при оценке грузоподъемности железобетон-
ных пролетных строений значительные трудности возникают при опре-
делении геометрических характеристик сечений (трудно определить
действительное армирование элемента, характеристики арматуры),
а также механических характеристик бетона. Они являлись основным
препятствием практическому применению метода классификации
при оценке грузоподъемности железобетонных мостов.
Имея величину ku, можно получить класс элемента железобетонно-
го моста по формуле (XXV. 1), подставив в нее значение динамиче-
ского коэффициента, соответствующее эталонной нагрузке.
Класс нагрузки с учетом коэффициента перегрузки определяется
по формуле
ко (1-ЬИб) ”о
М1 + Иб)«н
(XXV. 14)
где (1 -f-рб), (1-фрб) — динамические коэффициенты соответственно для
эталонной нагрузки и для классифицируемого
подвижного состава;
пн, по — коэффициенты перегрузки соответственно эта-
лонной нагрузки и классифицируемого подвиж-
ного состава.
14 здк. 1?9в 417
Методика классификации железобетонных мостов изложена в спе-
циальном «Руководстве»1.
При расчете мостов методом классификации обычно классы эле-
ментов моста определяют один раз, если в конструкциях моста в те-
чение эксплуатации не произошло существенных изменений, связан-
ных, например, с их усилением, серьезными повреждениями и т. п.
Для оценки возможности пропуска вводимой в обращение нагрузки
достаточно сравнить классы наиболее слабых элементов с соответ-
ствующими классами этой нагрузки. При этом сравниваемые класс
элемента и класс нагрузки должны быть определены с использова-
нием одной и той же линии влияния.
Вводимая в обращение нагрузка также обычно классифицируется
заранее.
Если класс моста по прочности больше максимального класса
нагрузки, то эту нагрузку можно беспрепятственно пропускать по
мосту. В случае невыполнения этого условия необходимо проверить
возможность пропуска нагрузки с ограничением скорости. Если при
этом удовлетворяется условие: /COmin К < /Со, то пропуск нагруз-
ки разрешают с ограничением скорости, величину которой устанав-
ливают, как было показано выше. При KOmin>A' нагрузку про-
пускать нельзя.
Следует также учитывать, что недостаточный класс элемента
по выносливости (при обеспечении грузоподъемности по прочности)
не может служить основанием для ограничения пропуска, в том числе
и ограничения скорости редко обращающихся тяжелых нагрузок. Эти
элементы” должны быть усилены в плановом порядке. До усиления
за ними следует установить наблюдение с целью принятия необходи-
мых мер в случае развития усталостных повреждений.
Необходимо помнить, что для суждения о возможности пропуска
по мосту той или иной нагрузки требуется знать его действительное
физическое состояние, которое может существенно измениться в про-
цессе эксплуатации после классификации.
Сравнением классов элементов мостов с классом обращающихся
и перспективных нагрузок легко установить имеющиеся запасы по их
грузоподъемности с целью планирования усиления и реконструкции.
§ 2. Определение грузоподъемности металлических
балок со сплошной стенкой
При определении класса балки со сплошной стенкой, как и любого
другого элемента моста, наиболее сложной задачей является вычис-
ление допускаемой временной равномерно распределенной нагрузки k.
Классы балок со сплошной стенкой устанавливаются:
а) по нормальным напряжениям (по изгибающему моменту) для
наиболее опасных сечений: в середине пролета, в местах стыков эле-
1 Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролет-
ных строений железнодорожных мостов. «Транспорт», Л., 1974.
418
Ментов поясов й стейки, в местах обрыва горизойтальных листой
поясов;
б) по прочности поясных заклепок или поясных швов;
в) по устойчивости сжатого пояса;
г) по касательным напряжениям по нейтральной оси балки в се-
чении у опоры.
Кроме того, производится проверка устойчивости стенки балки
по нагрузке, соответствующей наименьшему классу балки. Для балок
проезжей части следует также определить класс по прикреплению
продольных балок к поперечным и поперечных к главным фермам.
По нормальным напряжениям выражение допускаемой временной
равномерно распределенной нагрузки для простых балок легко полу-
чить из (XXV.3) после подстановки N = 2; 8 = 1/2 (при двух балках
под один путь при симметричном их расположении относительно оси
пути); Qp = = Q;* coq —
k=- (XXV.15)
где Wo — рабочий момент сопротивления сечения.
Остальные обозначения те же, что и в формуле (XXV.3).
В сечениях балки, где нет стыков, Wo равно моменту сопротив-
ления всего сечения нетто:
В сечениях, где имеются стыки всех или некоторых частей балки,
необходимо проверить прочность стальных накладок и тех частей
балки, которые не имеют стыка в рассматриваемом сечении, а кроме
того, прочность заклепочных, болтовых или сварных соединений сты-
куемых частей с накладками. В этом случае рабочий момент сопро-
тивления сечения определяют по формуле
S/4+2/hk+S — Чг2
№0=----------------Н2---- (XXV. 16)
где S/ц — сумма моментов инерции нетто относительно нейтраль-
ной оси балки площадей поперечного сечения элемен-
тов балки, не имеющих стыков или обрывов в рассмат-
риваемом сечении;
S/HK — сумма моментов инерции нетто относительно нейтраль-
ной оси балки площадей поперечного сечения пол-
ностью прикрепленных накладок элементов балки, сты-
куемых в рассматриваемом сечении;
т)г — расстояния от нейтральной оси балки до горизонталь-
ных заклепок (болтов), прикрепляющих полунакладки
стыкуемых элементов балки или элементы балки, имею-
щие недостаточное прикрепление. Для вертикальных
заклепок (болтов) т]г принимается равным расстоянию
от нейтральной оси до соответствующей плоскости сре-
за заклепки или болта (рис. 318);
14*
419
J
p---приведенная рабо-
чая площадь за-
клепки или болта;
|л0 — число заклепок
(болтов), необходи-
мое для прикрепле-
ния 1 см2 рабочей
площади элемента;
#тах— расстояние от ней-
тральной оси до
наиболее удаленно-
го волокна рассмат-
риваемого сечения.
Для каждой накладки
или прикрепляемого эле-
мента балки в формулу
(XXV. 16) подставляют
Рис. 318. Схема к расчету балки в зоне стыка меньшую из величин /нк
или^-л?.
В не следует включать те элементы балки, которые хотя и
не стыкуются в рассматриваемом сечении, но обрываются недалеко
от него, а прикрепление их на участке от рассматриваемого сечения
до обрыва данного элемента не удовлетворяет условию /ц <
В этом случае вместо /ц в формулу (XXV. 16) подставляется
соответствующая прикреплению данного элемента на участке от рас-
сматриваемого сечения до его обрыва.
Значение [л0 для заклепок определяют,в зависимости от характера
работы заклепки. Так как на 1 см2 рабочей площади поперечного
сечения элемента можно допустить усилие, равное [а],'то число за-
клепок, необходимое для прикрепления 1 см2 рабочей площади эле-
ментов, равно:
по одному срезу
по смятию
га__1£1—_и
П~ d6.2,5.[a] ~Иоом’
откуда
1 __ 1
Иоср“ шР ’ Иосм~ 2,5^6
— 0,8
420
где d — диаметр заклепки;
6 — толщина элемента, наиболее слабого по смятию;
0,8 [о] и 2,5 [о] — производные допускаемые напряжения на срез и
смятие.
Аналогично можно получить р>об для высокопрочных болтов.
На одну плоскость трения
__ [о]
И'об'_ 0,78^ *
где N — усилие натяжения болта;
f — коэффициент трения по соприкасающимся поверхностям.
Если в стыке балки применены сварные соединения, то в формуле
(XXV. 16) вместо момента инерции приведенной площади закле-
пок или болтов слеДУет принять момент инерции относи-
тельно нейтральной оси приведенных площадей сварных швов
(см. «Руководство» 1965 г.).
По касательным напряжениям по нейтральной -оси выражение
k также можно получить из (XXV.3). Запишем формулу для опреде-
ления касательных напряжений в виде
т==#=-А-' (xxv-17)
/о Лд о
где 1га — -$-плечо внутренней пары сил;
I — момент инерции всего сечения брутто относительно
нейтральной оси балки;
S — статический момент полусечения брутто;
б — толщина стенки.
Формулы (XXV.2) и (XXV. 17) аналогичны в том смысле, что в числи-
теле их находится силовой фактор, в знаменателе — рабочая площадь,
а частное представляет собой напряжение. Используя эту анало-
гию, имеем ®0 = йпб, а допускаемое напряжение [о] = 0,75 [а]. Под-
ставив эти значения в (XXV.3), при N = 2 и е = 1/2 получим
fe==J .5[<j]M _ _Qp (XXV.18)
где Qk — площади линии влияния поперечной силы в рассматри-
ваемом сечении, соответствующие загружению постойн-
ной и временной нагрузками.
Если в сечении балки имеется стык вертикального листа (см.
рис. 318), то, кроме проверки по формуле (XXV. 18), необходимо опре-
делить грузоподъемность на поперечную силу по прочности заклепок
или болтов в зоне стыка.
Сечение балки воспринимает поперечную силу, равную
Q 0,75 [сг] о)о = 0,75 [o'] hn8. , (XXV. 19)
421
Вертикальный лист высотой Лвл берет на себя
Qi = ~ 6-0,75 [о]=-|- /iM 6-0,75 [а]. (XXV.20)
На уголки и горизонтальные листы можно передать
Q2 = Q - Qx- (XXV.21)
Заклепки или болты в стыке вертикального листа при их числе п
могут воспринять перерезывающую силу, равную
Q3=-±[£L . (XXV.22)
Цо
Следовательно, полная поперечная сила, воспринимаемая уголка-
ми, горизонтальными листами и заклепками (болтами) в стыке верти-
кального листа, равна
Qn=Q3 + Q“Qi= — + 0.75ММ—гАвл 6 0,75 [о]. (XXV.23)
Но з
Чтобы получить значение соо, необходимо Qn разделить на 0,75 [а]:
+ (XXV .24
О,75р,о \ 3 Иц J
Подставив это значение со0*в формулу (XXV. 18) вместо hn89 получим
k для рассматриваемого случая.
По устойчивости сжатого пояса формулу для определения k полу-
чим следующим образом.
В случае, когда нагрузка с одного пути воспринимается двумя
простыми балками, симметрично'расположенными относительно оси
пути (V = 2; 8 = 1/2; £lp = Qk = Q), усилие в сжатом поясе равно
Q(p+*) hc
2Гбр ‘ h п’
где h — полная высота балки;
/гс — расстояние между центрами тяжести поясов балки;
<оп — площадь поперечного сечения пояса;
Wz6p — момент сопротивления сечения балки брутто в середине
рассматриваемой свободной длины сжатого пояса.
По аналогии с выводом (XXV.3), учитывая, что допускаемое на-
пряжение сжатого элемента при продольном изгибе равно <р[сг],
получим
fe=-- [(7] ?Гбр----р, (XXV.25)
Q he
где ср — коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при
проверке устойчивости сжатого пояса из плоскости балки.
Аналогично можно получить формулы для определения допускае-
мой временной равномерно распределенной нагрузки по другим ха-
рактеристикам, перечисленным в начале настоящего параграфа.
422
§ 3. Определение грузоподъемности элементов
сквозных металлических ферм
Общие положения. Для всех элементов главных ферм определяют
класс по прочности: а) сечений; б) стыков и прикреплений. Кроме
того, для элементов, работающих на переменные и знакопеременные
усилия, вычисляют класс по выносливости основного металла, а для
сжатых — по устойчивости.
Общая формула (XXV.3) для однопутных пролетных строений
с двумя главными фермами, расположенными симметрично относи-
тельно оси пути на прямой и не подвергнутыми усилению, принимает
вид
2 [<7]тсоо—pQp _ (XX V.-26)
В расчетах на прочность элементов по сечениям принимают:
со0 = /н; у = 1; на выносливость: cd0 ~ F^ у — по «Руководству»;
на устойчивость: вместо (о0 подставляют ф/бр ПРИ у = 1.
При проверке общей устойчивости методика определения коэф-
фициента понижения допускаемых напряжений ф аналогична изло-
женной в § 3 главы XXI для новых мостов. Значения ф принимают
по «Руководству».
При определении допускаемой равномерно распределенной на-
грузки для элементов с двузначными линиями влияния, когда усилия
от временной и постоянной нагрузок в рассматриваемой схеме загру-
жения имеют разные знаки, в
формуле (XXV.26) вместо минуса
принимается плюс.
Расчет стыков и прикреплений. При
определении допускаемой временной
равномерно распределенной нагрузки
по условию прочности для простейшего
прикрепления (рис. 319) необходимо
рассмотреть рабочие площади, по наи-
более слабому сечению прикрепляемого
элемента FH и приведенную площадь
прикрепляющих элементов (болтов, за-
клепок, сварных швов) со§. В случае
Накладка
Рис 319 Прикрепление раскосов Рис 320. Стык вертикальных листов
к фасонке
423
прикрепления элементов болтами или заклепками, число которых равно п,
cog = Значения р,0 определяют по (XXV. 15) или (XXV. 16). В формулу
(XXV.26) подставляют меньшее значение из Fn и
При расчете на выносливость подставляют Fu независимо от его соотно-
шения с cog. •
Кроме проверки по наиболее слабому сечению элемента и его при-
креплению необходимо сделать расчет по. прочности фасонки.
В более сложных прикреплениях (стыках) элементов нужно про-
анализировать все возможные случаи разрушения и записать выраже-
ния рабочих площадей для каждого вида разрушений. Рассмотрим,
например, стык растянутого элемента, показанный на рис. 320.
В этом стыке перекрываются накладками только вертикальные листы,
а уголки цельные. Запишем значения рабочих площадей для различ-
ных видов предполагаемых разрушений:
-а) разрыв уголков и накладок: со0 = FHy Я- FHHaK;
б) разрыв уголков и вертикальных листов: со0 = FHy + ^нл‘>
в) разрыв уголков и срез (смятие) заклепок: <о0 = ~ .
Но
За расчетное принимают меньшее значение со0.
ГЛАВА XXVI
УСИЛЕНИЕ МОСТОВ
§ 1. Усиление металлических пролетных строений
Общие сведения. При недостаточной грузоподъемности пролет-
ных строений их подвергают усилению или заменяют новыми. Вопрос
об усилении или замене пролетных строений решают на основании
технико-экономического анализа вариантов. Существенное влияние
на выбор того или иного варианта оказывает общее физическое со-
стояние пролетных строений.
В зависимости от типа конструкции, наличия в ней слабых эле-
ментов, степени усиления и местных условий применяют различные
способы усиления:
1) усиление путем увеличения поперечного сечения элементов
с одновременным усилением (при необходимости) их прикреплений.
Металл усиления следует размещать симметрично с таким расчетом,
чтобы он эффективно включался в работу. Этот способ усиления
является наиболее распространенным;
2) усиление путем устройства дополнительных ферм или балок;
3) усиление путем постановки дополнительных элементов про-
летных строений;
4) усиление путем изменения системы ферм или балок. Сюда
относятся такие способы усиления, как, например, подведение шпрен-
геля под балку, добавление третьего пояса (арки) к балочным фермам,
превращение разрезных балок или ферм в неразрезные и т. п.;
5) усиление путем устройства дополнительных опор — времен-
ных или постоянных, уменьшающих расчетный пролет существующих
пролетных строений;
6) превращение стального пролетного строения в сталежелезо-
бетонное путем устройства железобетонной плиты, включенной в сов-
местную работу.
Как правило, эти работы выполняются на месте без прекращения
движения поездов. Усиление отдельных элементов пролетного строе-
ния путем добавления металла обычно необходимо при всех перечис-
ленных способах.
Для более эффективного использования вновь добавляемого метал-
ла, особенно высокопрочных сталей, применяют предварительное на-
пряжение с регулированием усилий в конструкции. Метод усиления
пролетных строений с использованием предварительно напряженных
затяжек из высокопрочных сталей является наиболее приемлемым.
Искусственное регулирование усилий в элементах пролетных строений
производится также путем разгрузки (догрузки) конструкций при уси-
лении; изменения величин опорных реакций в неразрезных системах;
закрепления элементов усиления в нагретом состоянии и др.
425
При усилений, как Правило, следует применять соединения на вы-
сокопрочных болтах. Эти соединения обладают большей по сравнению
с заклепочными соединениями жесткостью, что обеспечивает хорошую
совместную работу старого и вновь добавляемого металла и повышает
эффективность его использования. Передача усилия в соединениях на
высокопрочных болтах осуществляется только силами трения на по-
верхностях контактов скрепляемых элементов, вызванных затяжкой
болтов. Поэтому болты в отверстиях устанавливаются с зазором от 1 до
3 мм, что дает возможность допускать в этих пределах несовпадение
отверстий, т. е. облегчает подготовку и установку элементов усиления.
Процесс установки высокопрочных болтов также значительно проще
клепки.
Заклепочные соединения обычно применяют там, где постановка
высокопрочных болтов затруднена, а также в прикреплениях гори-
зонтальных листов балок и главных ферм, на которые непосредственно
опираются мостовые брусья, поскольку головки болтов затрудняют
создание плотного опирания брусьев.
Применение сварных соединений при усилении пролетных строе-
ний железнодорожных мостов осложняется трудностями обеспечения
необходимой надежности этих соединений по следующим основным
причинам:
а) качество металла усиляемых пролетных строений в большинстве
случаев не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к металлу
для сварных мостов;
б) специфика производства сварочных работ при усилении мостов
позволяет применять, как правило, ручную сварку, которая из-за труд-
ности ее выполнения не обеспечивает требуемое качество сварных сое-
динений;
в) сложность осуществления наиболее совершенных типов соеди-
нений (встык) и устранения опасных концентраторов напряжений
в сварных соединениях.
Опыт применения сварки при усилении дает пока неудовлетвори-
тельные результаты: в усиленных элементах в процессе эксплуатации
нередко возникают опасные трещины. По мере совершенствования тех-
нологии сварки, очевидно, применение ее при усилении мостов будет
расширяться.
При проектировании усиления необходимо стремиться к уменьше-
нию стеснений движения поездов по мосту в процессе его усиления,
т. е. к уменьшению ограничений скоростей движения и продолжитель-
ности «окон».
Усиление балок проезжей части. Усиление слабых по сечению про-
дольных балок проезжей части осуществляют постановкой горизон-
тальных листов, прикрепляемых к нижним поясным уголкам высоко-
прочными болтами или заклепками, а к верхним — заклепками*
В продольных балках верхний горизонтальный лист рекомендуется
ставить на всей длине балки. При этом упрощается укладка (прирубка)
мостовых брусьев.
При усилении балок, не имеющих верхних поясных листов (рис.321),
соблюдается следующий порядок работ. На верхний пояс продольной
426
балки в промежуток между поез-
дами укладывают лист с заранее
просверленными отверстиями.
Затем по отверстиям в этом листе
сверлят отверстия в горизонталь-
ных полках уголков и ставят за-
клепки, сдвигая для этого пооче-
редно мостовые брусья.
Если нужно усилить про-
дольную балку с горизонталь-
ными листами, то постановка
дополнительных горизонталь-
ных листов является более слож-
ной операцией, требующей до-
статочного «окна». Для сокра-
щения «окон» лист усиления
Рис. 321. Усиление балок проезжей ча-
сти:
а — сплошным листом, б — полулистами,
уголками
можно заменить полулистами, как показано на рис. 321, б.
При^ прикреплении листа усиления заклепками применяется сле-
дующий порядок работ. В полулисте по разметке сверлят отверстия
диаметром на 3—6 мм меньше, чем диаметр заклепки. Затем на одной
пол'овине пояса (относительно продольной оси балки) удаляют голов-
ки вертикальных заклепок, не выбивая тело заклепки. Эта работа вы-
полняется без перерыва движения поездов. В промежуток между по-
ездами выбивают старые заклепки и накладывают полулист, рассверли-
вают часть отверстий (около 50%) и прикрепляют полулист «черными»
болтами и пробками. После этого можно начать пропуск поездов. За-
тем последовательно вместо пробок и болтов ставят заклепки, предва-
рительно рассверливая нерассверленные отверстия.
Закончив работы с одним полулистом, в таком же порядке ставят
второй полулист. Зазор между полулистами заполняют шпатлевкой.
Другой вариант усиления продольных балок, полностью исклю-
чающий «окна», заключается в прикреплении уголков усиления рядом
с существующими поясными (рис. 321, в). Постановке дополнительных
поясных уголков обычно мешают уголки жесткости. Их необходимо за-
менить новыми с высотой, равной расстоянию между внутренними по-
верхностями горизонтальных полок вновь добавляемых поясных угол-
ков. Существенным недостатком этого варианта усиления является низ-
кая эффективность использования нового металла.
Эффективным способом усиления продольных балок, имеющих
низкий класс по нормальным напряжениям, является установка пред-
варительно напряженных затяжек в уровне нижних поясов.
Продольные балки старых мостов часто нуждаются в усилении по
прикреплению их к поперечным. Замена существующих заклепок
в прикрепляющих уголках на заклепки или высокопрочные болты
большего диаметра является одним из вариантов такого усиления. Од-
нако указанным способом удается незначительно усилить прикрепле-
ния продольных балок к поперечным. Для значительного повышения
несущей способности этих прикреплений увеличивают число прикреп-
ляющих заклепок или высокопрочных болтов, что достигается путем
427
наложения на уголки прикрепления накладок, позволяющих разме-
стить дополнительные заклепки или высокопрочные болты (рис. 322, а).
Между накладкой и стенкой продольной балки устанавливается про-
кладка. В этом типе усиления требуется замена старых заклепок при-
крепления.
Возможен вариант усиления прикрепления продольных балок
с применением сварки (рис. 322, б). При этом способе усиления необ-
ходимо соблюдать следующий порядок работы: сначала к полкам угол-
ков приваривают накладки, а затем ставят заклепки или высокопроч-
ные болты. При приварке накладок необходимо" следить затем, чтобы
они не были приварены к стенке балки.
При усилении балок проезжей части может также потребоваться
постановка «рыбок» и дополнительных уголков жесткости; между
продольными балками приходится ставить продольные связи.
Усиление по шагу поясных заклепок при действующих нормах
допускаемых напряжений йа смятие и срез обычно не требуется. При
необходимости такого усиления можно наложить на вертикальные
полки поясных уголков накладки с прикреплением их высокопроч-
ными болтами или заклепками через прокладки к стенке балки.
Усиление пролетных строений со сплошными балками. Для сравни-
тельно небольшого увеличения грузоподъемности пролетного строения
со сплошными главнымц балками их усиление производят добавлением
горизонтальных листов или уголков к поясам аналогично усилению
продольных балок. Чтобы использовать металл усиления более эф-
фективно, применяют регулирование внутренних усилий- в процессе
усиления (разгрузка конструкций от собственного веса, создание уси-
лий, противоположных по знаку усилиям от нагрузки). Это достигает-
ся устройством временных шпренгелей, временных опор и т. п.
Когда требуется значительное повышение грузоподъемности про-
летного строения, эффективным является устройство шпренгелей,
особенно предварительно напряженных (рис. 323, а). Этот способ вы-
годно отличается от других
тем, что работы производят,
как правило, без перерыва
движения поездов. При уси-
лении предварительно напря-
женными шпренгелями можно
использовать высокопрочную
сталь в виде стержней круг-
лого сечения и других про-
катных профилей, тросов и
пучков из высокопрочной про-
волоки. Использование тро-
сов и пучков из высокопроч-
ной проволоки возможно при
наличии надежной защиты их
от коррозии. Предваритель-
ное напряжение производят
домкр атами, полиспастами,
428
винтовыми приспособлениями
и т. п.
Прикрепление элементов
выполняется на высокопроч-
ных болтах. Предваритель-
ное напряжение может осу-
ществляться следующим обра-
зом. После прикрепления всех
элементов шпренгеля, за ис-
ключением горизонтальных
уголков к одному из узлов,
при помощи полиспаста и ле-
бедки стягивают узлы II и III
(рис. 323, а) расчетным уси-
лием. В стянутом состоянии
ставят и затягивают высоко-
прочные болты в прикрепле-
ниях горизонтальных угол-
ков (рис. 323, б).
Предварительное напря-
жение можно создать также
домкратами, установленными
в узлах II и III. После при-
крепления всех элементов
шпренгеля, кроме прикрепле-
ния "стоек к узлам II и III
домкратами, создается расчет-
ный распор между балкой и
узлами II и III. В этом состоя-
нии стойки закрепляют к уз-
лам II и III высокопрочными
болтами.
Значительное повышение
грузоподъемности пролетных
строений с ездой поверху до-
стигается устройством на
верхних поясах главных ба-
лок железобетонной плиты,
включенной в совместную ра-
боту. В результате такого
усиления получается стале-
железобетонное пролетное
строение. В этом случае од-
новременно с усилением соз-
дается более совершенная
конструкция мостового полот-
на с ездой на балласте или
с непосредственным прикреп*
лением рельсов к плите.
а)
ч--- " 1 V
Рис. 323. Усиление балок шпренгелями:
а —схемы усиления; б — конструкция узлов (об-
веденных кружком на нижней схеме усиления)
429
6)
Рис 324 Схемы распределения металла усиле-
ния в сечениях элементов:
а — поясов, б — раскосов, стоек, подвесок. Металл
усиления показан жирными линиями
При усилении балок со сплошной стенкой приходится в некоторых
случаях увеличивать прочность стыков. Для этого можно заменить
заклепки новыми большего диаметра или высокопрочными болтами.
При этом рассверловку отверстий и замену заклепок производят посте-
пенно со снятием одновременно не более 10% от всего числа заклепок.
Если указанный способ оказывается недостаточным или если требуется
также увеличение площади накладок, то ставят новые накладки вза-
мен старых или дополнительные накладки.
Одновременно с усилением производится ремонт поврежденных
коррозией, трещинами и вмятинами элементов балок, который заклю-
чается в замене поврежденных элементов и их частей новыми или в пе-
рекрытии поврежденных участков накладками.
Усиление сквозных главных ферм. При усилении сквозных главных
ферм представляются широкие возможности искусственного регулиро-
вания усилий в стержнях путем изменения статической схемы и предва-
рительного напряжения элементов. Это позволяет создавать наиболее
благоприятные условия для использования несущей способности
усиливаемых элементов конструкций и вновь добавляемых, что зна-
чительно повышает эффективность усиления в целом. Схему и метод
усиления выбирают на основании анализа состояния конструкции, ее
деформатйвности и расчетной грузоподъемности отдельных элементов.
Усиление с изменением статической схемы работы главных ферм
почти всегда сопровождается усилением отдельных элементов ферм и
их прикреплений. Кроме
того, усиление отдельных
элементов главных ферм,
как самостоятельное, часто
применяется для повыше-
ния грузоподъемности про-
летных строений. Поэтому
этот вид усиления является
наиболее распространен-
ным.
ОДНИМ ИЗ ОСНОВНЫХ СПОг
собов усиления элементов
сквозных ферм является
увеличение их сечений пу-
тем добавления к ним но-
вого металла (рис. 324).
При размещении металла
усиления по сечению эле-
мента нужно стремиться к
тому, чтобы не создавать
дополнительных эксцен-
триситетов ни в селениях,
ни в прикреплениях, если
это не связано с преднаме-
ренным регулированием
напряжений, а также к
430
ж
минимуму работ по расклепке
усиляемых элементов.
Усиление поясов главных
ферм таврового или коробча-
того сечений добавлением но-
вых горизонтальных листов
полной ширины вызывает пе-
реклепку всех вертикальных
связующих заклепок. Чтобы
не расклепывать одновремен-
но усиливаемые участки пояса
по всей ширине пакета, новый
металл следует добавлять в
виде отдельных узких полос
Й А
Рис 325 Схемы расположения затяжек
подобно тому, как это делается при усилении балок со сплошной стен-
кой. Длину полос следует принимать такой, чтобы каждую полосу
можно было поставить и взять на болты и пробки в промежутке между
поездами. Головки старых заклепок на этом участке предварительно
удаляют, оставляя их стержни в отверстиях. Стыки полос должны*
быть перекрыты накладками. Вместо полос можно использовать
уголки.
Способы увеличения площади поперечного сечения раскосов и
стоек весьма разнообразны (см. рис. 324) и зависят от типа усиливае-
мых элементов.
Усиление элементов главных ферм можно производить с разгрузкой
элементов от усилий, вызываемых постоянной нагрузкой, или без раз-
грузки. В первом случае, если усилия от постоянной и временной на-
грузок совпадают по знаку, достигается более эффективное использо-
вание добавляемого металла, который будет воспринимать и усилия от
постоянной нагрузки. Однако для разгрузки усиливаемых элементов
требуется сооружение дополнительных временных опор, на которые
устанавливают домкраты для разгрузки отдельных элементов, или
устройство специальных разгрузочных приспособлений для каждого
усиляемого элемента.
Устройство разгрузочных приспособлений требует, как правило,
значительных затрат и является достаточно сложным. Поэтому в
большинстве случаев усиление элементов главных ферм произво-
дится без их разгрузки.
Эффективность усиления элементов главных ферм значительно по-
вышается при использовании предварительного напряжения. При
этом в новом металле создаются предварительные напряжения того же
знака, что и напряжения от нагрузки, а в старом—противоположного
знака. Это дает возможность использовать для усиления сталь повы-
шенной прочности, что приводит к снижению веса добавляемого метал-
ла, а следовательно, к уменьшению постоянной нагрузки. Кроме
того, при усилении элементов с применением предварительного напря-
жения почти полностью исключается расклепка в узловых прикрепле-
ниях и по длине элемента, что позволяет выполнить усиление без пе-
рерыва движения поездов.
431
При усилении растянутых элементов и элементов, работающих
на знакопеременные усилия с преимущественным растяжением, в каче-
стве добавляемых элементов наиболее предпочтительны затяжки круг-
лого сечения, натяжение которых производится при помощи гаек,
навинчиваемых на их концы. Передача усилий с затяжек на усиливае-
мый элемент производится через упоры. Упоры прикрепляют обычно
за центрами узлов, к которым присоединяются усиливаемые элементы.
Рис. 326. Схема переустройства поперечных связей
432
Затяжки в сечении усиливаемого элемента (рис. 325) располагают
таким образом, чтобы равнодействующая предварительного напря-
жения проходила через центр тяжести сечения. Для уменьшения коле-
баний затяжек они в отдельных точках соединяются по длине
с основными элементами. Иногда связи между усиливаемым элементом
и затяжками устанавливают для предотвращения потери устойчивости
элемента при его обжатии усилиями предварительного напряжения.
Необходимость этих связей определяется расчетом. Предварительное
напряжение можно использовать и при усилении сжатых элементов,
создавая в них растягивающие предварительные напряжения.
С целью уменьшения «окон» нужно стремиться к сокращению объема
работ по одновременной расклепке существующих прикреплений.
Кроме увеличения площади поперечного сечения элементов ферм и
усиления их прикреплений и стыков может оказаться необходимым
усиление или постановка соединительных планок и диафрагм между
ветвями элементов.
Сжатые элементы могут быть усилены не только увеличением пло-
щади поперечного сечения, но и уменьшением свободной длины, что
достигается установкой дополнительных элементов в решетке ферм.
Усиление и переустройство связей между главными фермами. Наи-
более распространенным недостатком связей между главными фер-
мами старых пролетных строений является недостаточная жесткость их
элементов. Это приводит к провисанию связей, значительным их коле-
баниям при проходе поезда и к снижению поперечной жесткости про-
летных строений. Вследствие колебаний связей происходит расстрой-
ство их прикреплений и нередко в них возникают усталостные трещины.
Такие связи необходимо усиливать. При усилении гибкость элементов
связей понижается до величины, устанавливаемой техническими ус-
ловиями, путем увеличения сечений связей или уменьшением их сво-
бодной длины. В последнем случае элементы нижних продольных свя-
зей удобно прикреплять к балкам проезжей части.
Старые пролетные строения с ездой понизу нередко не удовлетво-
ряют современным требованиям габарита приближения строений,
например, при электрификации железной дороги. Для увеличения га-
барита по высоте переустраивают верхние продольные и поперечные
связи (рис. 326). Штриховыми линиями обозначены удаляемые элемен-
ты связей, а жирными линиями —добавляемые. При небольших высо-
тах пролетных строений переустроенные продольные и поперечные свя-
зи располагают над верхними поясами главных ферм, устраивая для их
прикрепления специальные «столики».
§ 2. Усиление железобетонных пролетных строений
и мостовых опор
Усиление.железобетонных пролетных строений может производиться
путем увеличения их сечения или изменения статической схемы.
Наиболее простой способ усиления балок заключается в приварке .
новых стержней арматуры к стержням крайних рядов существующей.
г 433
Для этого снимают защитный слой бетона, приблизительно наполовину
оголяют стержни крайнего ряда и к ним при помощи коротышей дли-
ной около 15 см приваривают новые стержни (рис. 327, а). После
приварки восстанавливают защитный слой торкретированием. В этом
случае высота сечения почти не увеличивается.
Более значительное повышение грузоподъемности железобетонных
балочных пролетных строений достигается путем приварки к наруж-
ным стержням арматуры растянутого пояса арматурного каркаса
(рис. 327, б): После установки каркаса производят бетонирование
в опалубке. Для лучшего заполнения бетон подают через загрузочные
воронки под напором столба бетона высотой 0,5—1 м. Уплотнение бе-
тона рекомендуется производить наружными вибраторами.
Наиболее эффективным способом усиления пролетных строений
при наличии в них большого числа крупных трещин является устрой-
ство железобетонной оболочки.
При усилении балок путем увеличения сечения весьма желательно
применять предварительное натяжение добавляемой арматуры. Спо-
соб натяжения и конструкцию натяжных устройств следует выбирать
в зависимости от конкретных условий. Для натяжения арматуры мож-
но использовать электронагрев, домкраты, болтовые устройства и дру-
гие способы.
Перед бетонированием или торкретированием зон усиления необ-
ходимо тщательно очистить поверхности старого бетона и арматуры.
Консистенция бетона должна быть достаточно пластичной. Рекомен-
дуется применять быстротвердеющие, безусадочные или расширяющие-
ся цементы.
Рассмотренные способы усиления балок можно применять и при
усилении элементов пролетных строений железобетонных мостов лю-
бой конструкции.
Возможности усиления железобетонных мостов путем изменения
статической схемы сильно ограничены по сравнению с металлическими
мостами. При изменении статической схемы нужно стремиться к тому,
чтобы характер эпюр моментов и перерезывающих сил в усиляемой
конструкции по возможности сохранился. Этому условию во многих
случаях удовлетворяют шпренгельные системы (рис. 328), применяемые
при усилении балок.
Рис. 327. Усиление железобетонной балки путем добавления арматуры
а — с приваркой стержней через коротыши, б — с приваркой каркаса, 1—существующая
арматура; 2 — зона усиления, 3 — арматура усиления, 4 -v сварной шов, 5 — наклонный ко-
ротыш, 6 — прямой хомут; 7 коротыш
^Шпренгели изготовляют из стальных тросов, из пучков высокопроч-
ной проволоки или стержневой высокопрочной арматуры. Большое
внимание следует обращать на защиту шпренгелей, особенно из тросов
и пучков, от коррозии. Открытую арматуру желательно помещать
в оболочки из полимерных материалов или покрывать специальными
составами; стержневую арматуру можно окрашивать.
Усиление опор часто сочетается с их ремонтом и вызывается сово-
купностью двух обстоятельств: недостаточной прочностью опор и
неудовлетворительным их состоянием. При недостаточной прочности
тела опоры прибегают к устройству железобетонной оболочки доста-
точных размеров для того, чтобы на нее можно было передать всю на-
грузку или значительную ее часть. Для устоев, имеющих недостаточную
прочность, в некоторых случаях можно применять разгрузку от давле-
ния земли со стороны насыпи, например, заменив засыпку за устоем
кладкой, или отодвинуть конус насыпи с добавлением нового пролета.
В отдельных случаях для повышения грузоподъемности массивных
опор можно прибегнуть к замене массивной верхней части ее, располо-
женной выше горизонта высоких вод, более легкой рамной или столб-
чатой конструкцией. Этот способ может оказаться наиболее приемле-
мым в случае, если требуется, перекладка верхней части опоры или
другой серьезный ремонт.
Рис. 329. Усиление опоры железобетонной оболочкой:
1 — стяжка, 2 — старая бутовая кладка, 3 — железобетонная оболочка: < — анкер
434
435
Рис. 330 Усиление фундамента путем
его уширения
1 — мощные железобетонные консоли, 2 —
бетонная плита; 3 — гидравлические дом-
краты; 4 — забетонированный просвет, 5 —
шпунтовое ограждение, 6 — стальные ан-
На рис. 329 приведена конструкция
усиления опоры из бутовой кладки мощ-
ной железобетонной оболочкой. Толщи-
на железобетонной оболочки равна
40 см. Для связи между длинными же-
лезобетонными стенками оболочки по-
ставлены стяжки из стержней диаметром
24 мм, которые пропущены^ через сквоз-
ные отверстия в кладке. Кроме того, по
короткой стороне опоры устроены анке-
ры, заделанные в кладку на глубину
80 см. В верхней части опоры старая
кладка заменена мощной железобетон-
ной плитой, передающей нагрузку на
оболочку.
Усиление фундаментов пред-
ставляет собой весьма сложную за-
дачу. При этом конструкция уси-
ления и способ производства работ
должны обеспечивать включение
добавляемой части фундамента
в совместное со старым фундаментом воспринятие действующих сил.
Фундаменты, основанные на сваях, могут быть увеличены по своей
площади с добавлением новых свай. ,
Фундаменты опор на естественном основании можно усиливать путем их
уширения (рис. 330). Работы производятся под защитой шпунтового ограждения.
После удаления грунта и откачки воды бетонируют мощные консоли 1. Для обес-
печения надежного сцепления их с существующей кладкой на поверхности по-
следней делают горизонтальные гребни и в нее заделывают анкеры. Подошву
уширенной части фундамента располагают выше существующей для того, чтобы
при рытье котлована не повредить подошву старого фундамента.
Для более интенсивного включения в работу уширенной части фундамента
рекомендуется производить обжатие грунта под ней (см. рис. 330). На дно кот-
лована под консолью укладывают бетонную плиту 2. В просвет между плитой
и консолью устанавливают гидравлические домкраты 3. После достижения не-
обходимого давления на грунт между плитой и консолью устанавливают распор-
ки, домкраты выцимают и производят бетонирование просвета 4.
При усилении опор может оказаться полезным химическое укреп-
ление под подошвой фундамента с использованием жидкого стекла и
в качестве закрепителя — хлористого кальция, которые нагнетаются
под давлением в грунт через трубки, опущенные ниже подошвы фунда-
мента. Пропитанный грунт образует окаменелый монолит. Наиболее хо-
рошие результаты этот способ дает при укреплении песчаных грунтов.
Упрочнение грунтов в основаниях может быть выполнено с приме-
нением цементации, глинизации или битуминизации. В зависимости
от способа укрепления в грунт через трубки нагнетают цементный
раствор, глинистый раствор или горячий битум.
Цементацию применяют при рыхлых песках в основании, глиниза-
цию — для заполнения в основании больших пустот. Для этих же
целей используют битуминизацию, но при наличии больших скоростей
течения грунтовых вод, когда глинистый раствор может быть вымыт.
С целью повышения несущей способности илистых грунтов могут
быть использованы электрохимические методы упрочнения.
.36
II
ТОННЕЛИ1
ГЛАВА XXVII
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОННЕЛЯХ
§ 1. Назначение тоннелей и их классификация
Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искус-
ственное сооружение, имеющее значительную протяженность, пред-
назначенное для транспортных целей, пропуска воды, прокладки
городских коммунальных сетей или размещения производственных
предприятий.
Тоннели на путях сообщения служат средством для преодоления
различного рода препятствий или для развития линии под землей с ис-
пользованием ограниченного уклона.
К транспортным тоннелям относятся железнодорожные, автодорож-
ные, судоходные, пешеходные тоннели и тоннели метрополитенов,
а также тоннели большого поперечного сечения, в которых происходит
движение транспорта нескольких видов.
Классификации транспортных тоннелей определяются признаками,
положенными в их основу. Так, по местоположению можно разделить
тоннели на горные, подводные и городские тоннели различного назна-
чения.
По способу постройки различают тоннели, сооружаемые открытым
и закрытым способом. При открытом способе в предварительно разра-
ботанном котловане сооружают тоннельную конструкцию, которую
после ее завершения засыпают грунтом. Закрытый способ постройки
или проходки тоннелей в свою очередь прдразделяют на горными щи-
товой.
' При горном способе работ создается подземная выработка, не-
медленно закрепляемая временной крепью, под защитой которой
в дальнейшем создается постоянная тоннельная конструкция, назы-
ваемая обделкой. Такая конструкция обычно выполняется из моно-
литного бетона.
Щитовой способ постройки связан с использованием проходческо-
го щита — подвижной стальной крепи, ограждающей места разработ-
ки породы и сооружения обделки, которая при щитоёом способе обычно
выполняется сборной из железобетонных или чугунных элементов за-
водского изготовления.
х В написании части II принимал участие канд. техн, наук Л. Н. Редников
(главы XXXVI и XXXVII).
437
Кроме перечисленных, существуют и другие способы постройки
тоннелей, получившие название специальных. Они применяются в осо-
бых местных условиях, когда использование обычных способов вызы-
вает значительные осложнения.
Преодоление препятствий при помощи тоннелей расширяет возмож-
ности трассирования и улучшает эксплуатационные показатели тран-
спортной линии. Различают высотные и контурные препятствия.
К первым относятся горные хребты, водоразделы и другие возвышен-
ности. Контурными препятствиями называют области на земной по-
верхности, по которым затруднительно или невозможно провести от-
крытую транспортную линию без использования искусственных соору-
жений. К таким препятствиям в горных районах относятся участки
оползней, осыпей, лавин и снежных заносов, на равнинах — водото-
ки, водоемы и населенные пункты, в городах — участки густой за-
стройки.
Тоннельные варианты пересечения высотного препятствия необхо-
димо сравнивать с двумя другими возможными вариантами — обхода
препятствия и развития линии с подъемом на перевал и устройством
глубокой выемки.
Преодоление контурных препятствий связано с применением ис-
кусственных сооружений в виде эстакад, мостов и тоннелей, а защита
от осыпей, лавин и снежных заносов требует устройства специальных
галерей. В ряде случаев наиболее радикальным решением является
перенос трассы в тойнель, расположенный в глубине горного массива
за пределами опасной зоны.
Для преодоления водного препятствия необходимо устройство мос-
та или тоннеля. Тоннельное решение возможно в двух вариантах:
при постройке щитовым способом или способом опускных секций.
Оба варианта могут успешно конкурировать с вариантом мостового
перехода, так как подводный тоннель в сравнении с мостом имеет ряд
важных преимуществ: отсутствие помех судоходству, защищенность от
ветра, льда и волн, меньшая бесполезная высота подъема транспорта
и меньшая длина пересечения при высоком габарите судов и широкой
пойме.
Особенно успешно в мировой практике конкурируют с мостами
подводные тоннели из опускных секций, которые, кроме перечислен-
ных преимуществ, отличаются необычайно высокой индустриальностью
изготовления. Секции таких тоннелей длиной 100—150 м изготовляют
подобно судам в заводских условиях в доках или на стапелях, сплав-
ляют к месту постройки тоннеля и опускают в заранее подготовленную
траншею или, при глубоких водотоках, на дамбу.
Процесс постройки тоннеля сводится к сравнительно мало трудо-
емкому и хорошо механизированному соединению отдельных секций
в тоннель под водой.
К числу недостатков тоннельного решения относятся необходимость
вентиляции, постоянного освещения и водоотвода.
По экономическим показателям короткие тоннели уступают мостам.
С увеличением ширины водного препятствия стоимость 1 пог. м моста
увеличивается, а стоимость 1 пог. м тоннеля снижается.
438
§ 2. Обзор развития тоннелестроения
Тоннели, построенные до нашей эры и в ее начале на территории древней
Римской империи, не имели обделки. Они сооружались в скальных породах до-
статочно крепких, чтобы не обрушиться без поддерживающих устройств, но и до-
статочно мягких или трещиноватых, чтобы выработку можно было пройти при
помощи таких примитивных инструментов, как кирка, лом и клинья.
Дальнейшее развитие тоннельного строительства происходило в конце
средних веков в связи с расширением ^торговли и развитием межгосударст-
венных связей, а также благодаря изобретению пороха, который быстро нашел
применение для взрывания горных пород.
Новое интенсивное строительство тоннелей связано с бурным развитием в
тридцатые годы прошлого столетия железных дорог, требовавших сравнительно
малых уклонов и сооружения тоннелей для преодоления высотных*препятствий.
В то же время развивались технические средства, расширявшие возможности
строителей тоннелей. Коренные изменения произошли в середине XIX в, когда
были открыты пироксилин и динамит — взрывчатые вещества гораздо более
сильные, чем черный порох. В это же время были изобретены бурильные машины,
заменившие малопроизводительное ручное бурение. Новая техника открыла
возможность решения труднейших задач тоннелестроения — сооружение боль-
ших тоннелей через Альпы, разделявшие Францию, Италию и Швейцарию.
В XX в. строительство тоннелей развивалось не только на железных,но и на
автомобильных дорогах всего мира. Область строительства тоннелей значительно
расширилась после того, как в 1825 г. английский инженер Брюнель изобрел
проходческий щит. Строительство тоннелей в слабых неустойчивых породах
перестало быть опасным и чрезвычайно трудным делом.
Первые железнодорожные тоннели в России были построены в 1859—1862 гг.
на бывшей Петербургско-Варшавской дороге. Это — два двухпутных тоннеля
длиной 1280 и 427 м. Построено много тоннелей в Крыму, на Кавказе, Урале и в
Сибири.
В 1886—1890 гг. сооружен самый длинный в нашей стране двухпутный тон-
нель под Сурамским перевалом на Кавказе протяженностью 3998 м. Его строи-
тельство осложнялось тяжелыми геологическими условиями. Как геодези-
ческие, так и проходческие работы велись на исключительно высоком для
того времени техническом уровне. Методы работ и конструкции, предложенные
для Сурамского тоннеля, послужили образцом для многих последующих соору-
жений и были использованы при строительстве ряда других тоннелей на Кав-
казе, в Сибири и на Дальнем Востоке.
После Великой Октябрьской социалистической революции и ликвидации
разрухи строительство тоннелей на путях сообщения получило новое развитие.
В годы первых пятилеток на строительстве тоннелей в Советском Союзе начинает
применяться крупная механизация, используются новые материалы и способы
ведения работ, внедряются сборные конструкции, совершенствуются и разви-
ваются методы изысканий, проектирования и расчетов подземных конструкций.
Крупнейшим вкладом в технику мирового тоннелестроения явилось соору-
жение Московского метрополитена им. В. И. Ленина. В 1975 г. протяженность
линий Московского метрополитена достигла 180 км, а число станций превыси-
ло 100.
В настоящее время успешно эксплуатируются и расширяются метрополи-
тены Ленинграда, Киева, Тбилиси и Баку. В их строительстве использован
богатейший опыт, накопленный метростроевцами Москвы, широко применялись
механизированные щиты оригинальной конструкции и комплексная механиза-
ция производственных процессов. Это позволило добиться рекордных скоростей
проходки.
Завершена первая линия Харьковского метрополитена, строится метрополи-
тен в Ташкенте и проектируется в других крупных городах Советского Союза.
Развернуты большие подземные работы на строительстве Байкало-Амурской
железнодорожной магистрали, где запроектированы крупнейшие тоннели:
Байкальский (6,7 км) и Северо-Муйский (15,3 км), которые по размерам и слож-
ности условий строительства по праву могут быть отнесены к числу самых
уникальных подземных сооружений в мире.
439
ГЛАВА XXVIII
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАССЫ ТОННЕЛЯ
§ 1. Особенности плана и профиля
План и профиль железнодорожных и автодорожных тоннелей проекти-
руют по нормам1, установленным для открытых участков трассы с уче-
том особенностей, связанных с движением транспорта в ограниченном
закрытом пространстве.
Для обеспечения лучших условий движения транспорта, вентиля-
ции, а также улучшения условий трассирования и проходки тоннеля
желательно проектировать план его трассы прямолинейным. Формы
плана и профиля тоннелей на путях сообщения зависят от их назначе-
ния. Тоннели, сооружаемые для преодоления препятствий, имеют пре-
имущественно прямолинейный план и двускатный профиль (рис. 331).
Если тоннель необходим для развития линии, то его план имеет криво-
линейную форму в виде петли или витка спирали (рис. 332). Профиль
таких тоннелей всегда односкатный.
Радиусы кривых в железнодорожных тоннелях должны быть не
менее 600 м. Однако применение меньших радиусов позволяет сокра-
тить длину тоннеля и уменьшить объем сравнительно дорогих подзем-
ных работ. Поэтому при соответствующем технико-экономическом обос-
новании допускается применение радиуса, равного 400 м, а в трудных
горных условиях по согласованию с МПС — 250 м.
В автодорожных тоннелях рекомендуется использовать кривые ра-
диусом не менее 250 м. При специальном .обосновании в очень сложных
условиях рельефа или городской застройки допускается применение
кривых радиусом до 100 м.
Тоннели на строящихся двухпутных железных дорогах должны
быть рассчитаны на размещение двух путей. В тоннелях, сооружаемых
для преодоления препятствий, зачастую имеется возможность исполь-
зования минимального уклона. В тоннелях, предназначенных для раз-
вития линии, рационально использовать максимально допустимые
уклоны.
Величина максимального уклона (°/00) в тоннеле на кривой опреде-
ляется по формуле
/т =.mip —1ЭК, (XX VIII. 1)
где 1р — руководящий уклон линии;
г8К — уклон, эквивалентный сопротивлению на кривой;
• т — коэффициент смягчения уклона (см. СНиП П-Д. 1—62).
1 СНиП П-Д. 1—62 — для Железных дорог; СНиП П-Д. 5—62 — дЛя
автомобильных дорог.
440
Рис. 331. План и профиль переваль-
ного тоннеля
Рис. 332. План и профиль спирально-
го тоннеля для развития линии
Требование смягчения руководящего уклона до величины iT распро-
страняется не только на тоннель, но также на подходы к нему со сто-
роны подъема на участке, равном длине поезда.
Коэффициент смягчения уклона т учитывает дополнительное
воздушное сопротивление движению поезда в тоннеле, а также сниже-
ние сцепления ведущих колес локомотива с рельсами в связи с повы-
шенной влажностью.
Величина минимального уклона в тоннеле определяется необхо-
димостью обеспечения естественного водоотвода. Она не должна быть
менее 3°/00. Как исключение, в пределах разделительных участков про-
филя допускается уклон, равный 2°/00. Также в виде исключения до-
пускается устройство горизонтальных разделительных площадок дли-
ной не более 400 м.
В этом случае необходимый для естественного водоотвода про-
дольный уклон в пределах площадки придают водоотводному лотку.
§ 2. Выбор отметки подошвы тоннеля и мест порталов
Задача выбора отметки расположения тоннеля по высоте возникает
обычно при проектировании трассы перевального тоннеля. Она имеет
множество решений. Из них выбирают то, которое удовлетворяет тех-
нико-экоцомическим требованиям, предъявляемым к подземному ис-
кусственному сооружению, как звену пути сообщения. Наиболее от-
четливо особенности вариантов трассы: проявляются при рассмотрении
крайних решений, которыми являются вершинное и подошвенное
(базисное) расположение тоннедя относительно водораздельного хреб-
та (рис. 333).
Вершинный вариант тоннеля намного,короче подошвенного, а сле-
довательно, продолжительность его постройки, и строительная стон-
441
мость Сх будут меньше. Однако в этом варианте значительно возрастает
длина подходов к тоннелю и усложняются условия их строительства.
Очевидно также, что вершинный вариант требует использования ук-
лонов, близких к максимальному, поэтому эксплуатационные показа-
тели трассы будут хуже, чем у подошвенного. В частности, такой ва-
риант потребует больших годовых эксплуатационных расходов Эх.
Подошвенный вариант тоннеля отличается большей длиной, но
подходы к нему короче и, как правило, имеют меньшие уклоны. Оче-
видно, строительная стоимость этого варианта С2 будет больше, чем
у вершинного, а эксплуатационные расходы Э3 — ниже.
Отмеченные показатели Сп 3j, С2 и Э2 для различных вариантов
высотного расположения тоннеля позволяют определить срок оку-
паемости дополнительных капитальных вложений,' потребных на со-
оружение более дорогого подошвенного тоннеля в сравнении с вершин-
ным тоннелем.
Из отношения разностей строительных стоимостей и эксплуатацион-
ных годовых расходов находим величину срока окупаемости (число
лет)
»= C2~C1-. (XXVIII.2)
Эх—32
Если эта величина не превышает 10—15 лет, то считают целесооб-
разным строительство подошвенного тоннеля. При большем сроке
окупаемости ищут промежуточное оптимальное решение. Вершинный
вариант принимают при необходимости выполнения строительства
в кратчайшие сроки при минимальных затратах.
Необходимо отметить, что крутизна склонов водораздельного хребта
у его подошвы обычно невелика и постепенно возрастает по мере при-
ближения к седлу перевала. Поэтому небольшое повышение отметки
подошвы тоннеля по сравнению с отметкой базисного варианта ведет
к значйтельному сокращению длины подземного сооружения. И наобо-
рот, некоторое понижение этой отметки относительно отметки распо-
ложения вершинного варианта мало сказывается на изменении длины
тоннеля в связи с большой
крутизной склонов у седла
перевала.
На выбор отметки подош-
вы тоннеля оказывают боль-
шое влияние топографиче-
ские, геологические и гидро-
геологические условия по
трассе, а также гидрометео-
рологические и климатические
условия: неблагоприятность
последних двух может сильно
осложнить эксплуатацию тон-
неля и подходов к нему.
Положение входов в тон-
нель — порталов определяют
Рис. 333. Вершинное и базисное располо-
жение тоннеля
442
на продольном профиле трассы, совмещенном с геологическим разре-
зом. Необходимо стремиться расположить портал в коренных устой-
чивых породах, вне оползневых участков. Практикой устройства
портальных врезок в горный массив выработана рекомендация, в
соответствии с которой у портала толща горных пород над тоннельной
конструкцией должна составлять не менее 2 м.
С назначением мест расположения порталов определяются длина
тоннеля и глубины предпортальных выемок.
§ 3. Состав геодезическо-маркшейдерских работ
Проектирование трассы тоннеля входит в комплекс трассирования
пути сообщения и является важнейшей и наиболее сложной задачей
этого комплекса. Геодезические работы составляют основную часть
изысканий тоннеля, широко используются при проектировании его
трассы и обеспечивают соблюдение точного направления оси тоннеля и
внутренних размеров конструкции в процессе строительства.
В состав геодезических работ, обеспечивающих все строительство
тоннеля, входят:
1) определение направления и длины оси подземного сооружения;
2) построение оси тоннеля в подземной выработке;
3) построение продольного профиля и поперечных сечений выра-
ботки.
Первая из перечисленных работ заключается в трассировании,
выполняемом при изысканиях. Трассирование может быть проведено
геометрическим или аналитическим способом. Существо геометричес-
кого способа заключается в закреплении проекций точек оси тоннеля
на поверхности и последующей передаче направления оси в подземную
выработку при помощи инструментов. Этот простейший способ приме-
ним при благоприятном рельефе в открытой местности для тоннелей,
ось которых в плане прямолинейна.
Если припортальные участки трассы расположены на кривых,
то передачу оси тоннеля в подземную выработку удобно производить
через визирные штольни — вспомогательные выработки небольшого
поперечного сечения, расположенные на продолжении прямолиней-
ного отрезка оси тоннеля.
При аналитическом способе трассирования направление оси тон-
неля определяют на крупномасштабном плане района строительства,
составленном в системе координат, соответствующей опорной сети три-
ангуляции и полигонометрических пунктов. По плану определяют ко-
ординаты проекций характерных точек оси тоннеля и вычисляют дли-
ны элементов трассы и углы поворота. Аналитический способ позволяет
получить более точные данные для трассирования, чем геометрический,
но требует проведения трудоемких работ, связанных с прокладкой
опорной триангуляционной и полигонометрической сетей.
При сравнительно несложном рельефе местности возможно сочета-
ние аналитического и геометрического способов, когда выполняется
закрепление проекций точек трассы тоннеля на поверхности, которое
443
используемся для построения геологического разреза, а также для
наблюдения за осадками поверхности во время ведения подземных
работ. Кроме того, точки, закрепленные на поверхности, облегчают
передачу в подземную выработку направления оси тоннеля.
Получение данных для построения плана местности, необходимого
при аналитическом способе трассирования тоннеля, может быть зна-
чительно облегчено и ускорено благодаря применению аэрофотосъемки
и наземной фототеодолитной съемки.
§ 4. Геодезические работы на поверхности
Геодезические работы на поверхности включают создание плановой
и высотной основы для построения оси, тоннеля, а также выполнение
крупномасштабной топографической съемки.
Плановой геодезической основой при строительстве тоннелей слу-
жит сеть триангуляции, опирающаяся на пункты государственной три-
ангуляции не ниже III класса. При изысканиях трассы путей сообще-
ния разрабатывается ‘ специальная тоннельная триангуляция. Она
состоит из сети смежных треугольников (рис. 334), близких к равно-
сторонним и не содержащих углов, меньших 40°. В четырехугольниках,
составленных парой смежных треугольников, определяется вторая
диагональ.
Длины сторон треугольников назначают в зависимости от эквива-
лентной длины тоннеля, которая определяется по формуле
L8K-b=VZ7, (XXVIII.3)
где L—длина тоннеля;
I — максимальное расстояние между двумя встречными забоями.
В коротких тоннелях проходку начинают с двух порталов и тогда
все три величины, входящие в формулу (XXVIII,3), равны между
собой. В длинных тоннелях для ускорения процесса проходки стре-
мятся к расширению фронта работ, открывая, кроме двух портальных,
дополнительные забои через шахты, пройденные вблизи трассы тон-
неля, или через специальные штольни-окна, если участок тоннеля
Рис. 335. Схема триангуля-
ции для спирального тон-
неля
Рис. 334. Схема триангуляции для перевально-
го тоннеля:
X визирная штольня; 2 — ствол шахты; 3 трасса
тоннеля; 4 — портал; 5 — базис
444
проходит вблизи Косогора. В этих случаях расстояние между двумя
встречными забоями I будет частью длины тоннеля L.
Для обеспечения высокой точности геодезических работ рекомен-
дуется назначать длины сторон треугольников близкими к величине
Ь9КВ, н0 не менее 0,5 км. Точность маркшейдерских (подземных гео-
дезических) работ увеличивается, если расположение пунктов позво-
ляет производить ориентирование встречных забоев через стволы шахт,
вспомогательные штольни или порталы по одной и той же стороне
треугольника, входящего в систему триангуляции. Именно такой сто-
роной является отрезок АБ (см. рис 334), вблизи которого располо-
жены шахтные стволы, используемые для передачи направления
в выработку
Триангуляционная сеть для тоннеля, строящегося с целью развития
линии и имеющего в плане петлевую, или спиральную форму, образует-
ся по центрально-лучевой системе (рис. 335).
§ 5. Ориентирование подземной выработки
Ориентирование подземной выработки заключается в передаче
в нее дирекционного угла проекции оси выработки и координат опор-
ных точек.
Простейший способ ориентирования заключается в провешивании
проекции оси тоннеля на поверхности и последующей передаче направ-
ления оси в подземную выработку (рис. 336). Этот способ применим
при постройке коротких тоннелей с прямолинейной осью. Геодезичес-
кой основой служат закрепленные на поверхности точки А — Е. По-
строение точек трассы тоннеля а2 и ег, е2 производится при помощи
теодолита,, установленного в припортальных точках Л иЕ, без угловых
измерений, провешиванием осевого створа. Несмотря на простоту спо-
соб непосредственного провешивания направления оси имеет ограни-
ченное применение потому, что точность построения створа всегда ниже
точности его измерения, используемого при другом способе разбивки
оси тоннеля при помощи подземных полигонометрических ходов.
Если открытие фронтов работ происходит не только через порталы,
но также через стволы шахт, то ориентирование выработок, забои ко-
торых расположены у стволов, производится способом створа двух от-
весов, проектирующих на заданный подземный горизонт две точки,
определяющие направление*
линии в наземной полигоно-
метрии.
Чтобы погасить возмож-
ные колебания отвесов, вы-
званные движением воздуха в
стволе шахты, их погружают
в сосуды, наполненные срав-
нительно вязкой жидкостью,
например, машинным мас-
лом.
445
Рис. 336. Ориентирование тоннельных выра-
боток провешиванием
Способ створа двух отве-
сов прост, не требует громозд-
ких вычислений, но по той же
причине, что и способ прове-
шивания оси тоннеля, не' по-
зволяет добиться большой
точности в передаче направ-
ления в выработку. Поэтому
Рис 337 Ориентирование способом соеди-
нительных треугольников
использование изложенного
способа возможно, если забой
удален от шахты не более чем
на 50 м.
Основным способом пере-
дачи направления в подзем-
ную выработку через ствол
шахты является способ сое-
динительных треугольников,
Рис 338 Подземная полигонометрия:
1 — рабочая, 2 — основная
Рис. 339 Передача вертикальных от-
меток в выработку
в котором также используются два отвеса, но передача дирекцион-
ного угла производится без установки теодолита в их створ. На поверх-
ности и в расчетном горизонте подземной выработки строят два вытя-
нутых треугольника (рис. 337), двумя вершинами которых служат точ-
ки, лежащие на отвесах. Поэтому стороны треугольников, ограничен-
ные этими точками, равны между собой. Третьи вершины находятся
в точках, определяющихся положением приствольных полигонометри-
ческих знаков, расположенных на расстоянии от ближайшего отвеса
в 1,5—2 раза большем расстояния между отвесами так, чтобы угол меж-
ду направлениями на отвесы из этих точек не превышал 3°. На поверх-
ности должна быть обеспечена видимость с приствольной точки одного
из пунктов триангуляции или достаточно удаленного пункта тоннель-
ной полигонометрии.
Задача заключается в определении координат подземной точки
Лх и дирекционного угла ®х. Для этого измеряют на поверхности углы
а и со, а также стороны треугольника АВ, Л С и ВС. Используя измерен-
ные величины и известные тригонометрические зависимости, вычис-
ляют значения углов В и С.
В горизонте подземной выработки измеряются углы ах, ®х и стороны
ЛХВХ и ЛХСХ (ВХСХ = ВС), а затем вычисляют углы Вх и Сх.
Если удовлетворено условие
Лг + = 180°,
(XXVIII.4)
лагаются особенности подземных полигонометрии и нивелирования.
Подземная полигонометрия служит основой для всех маркшейдер-
ских работ при выполнении проекта подземного искусственного соору-
жения. Ее особенность заключается в незамкнутости висячих ходов,
и поэтому контроль точности построений подземной полигонометрии
может быть выполнен только повторными измерениями.
У порталов и врезок вспомогательных штолен подземная полигоно-
метрия опирается на пункты наземной геодезической основы или, при
ведении работ через шахты, на подземные пункты, полученные посред-
ством передачи направления через вертикальные стволы шахт.
При проходке подземной выработки строят рабочий полигономет-
рический ход со сторонами треугольников длиной 25—50 м и основной
ход с длинами сторон приблизительно вдвое большими, чем у рабочего
(рис. 338). Если забой удален от начала хода на расстояние, большее
1 км, дополнительно строят главный полигонометрический ход, сто-
роны которого принимают в полтора-два раза большими, чем стороны
треугольников основного хода.
Подземное нивелирование при сообщении подземных выработок
с поверхностью через порталы и штольни выполняют как продолже-
ние наземных нивелирных ходов.
^Если выработки сообщаются с поверхностью через ствол вертикаль-
ной шахты, передача отметок производится также через ствол (рис. 339)
при помощц двух нивелиров, одновременным взятием отсчетов с ком-
парированной стальной рулетки и нивелирных реек.
Вертикальные отметки передают на подземные реперы, в качестве
которых используют обычно подземные полигонометрические знаки.
Подземные реперы служат основой подземных нивелирных ходов.
то треугольники решены правильно.
При этом допускается невязка в пределах 1"— 3", которая увязы-
вается в тупом угле треугольника.
§ 6. Маркшейдерские работы
К маркшейдерским относят все подземные геодезические работы.
Их элементы рассматривались и в предыдущем параграфе при построе-
нии геодезической основы в горизонте подземной выработки. Здесь из-
446
ГЛАВА XXIX
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО ТРАССЕ ТОННЕЛЯ
§ 1. Значение, средства и методы
инженерно-геологических исследований
В отличие от большинства инженерных сооружений, расположенных
на поверхности земли или частично заглубленных, тоннельные конст-
рукции целиком располагаются в толще горных пород, свойствами и
состоянием которых определяется выбор типа конструкции и методы
ее постройки, глубина заложения тоннеля, а также положение его
в плане и профиле. Качественная и своевременная оценка естественных
условий во многом определяет сроки окончания строительства тоннеля
и его стоимость.
Полные геологические и гидрогеологические исследования горного
массива по трассе тоннеля включают определение:
степени устойчивости горного массива и отдельных его частей;
физико-механических свойств горных пород, составляющих массив;
ожидаемого горного давления на обделку (несущую конструкцию)
тоннеля;
характеристик подземных вод и подземных газов в тоннельной
выработке;
ожидаемой температуры подземной выработки.
Первоначально изучают существующие литературные и картогра-
фические материалы по геологии и гидрогеологии района строитель-
ства. Затем выполняют геологические рекогносцировки, дающие общее
представление о строении горного массива, и устанавлирают методы и
объемы дальнейших полевых исследований.
Наибольшее распространение при полевых работах имеет бурение
разведочных скважин как сравнительно малотрудоемкое. Этот способ
позволяет вести разведку горного массива практически на неограни-
ченную глубину и получать многочисленные образцы пород. Однако
изучение свойств массива только по образцам не дает полного представ-
ления о характере массива и поведении горных пород в подземных вы-
работках. Скважины разведочного бурения используют также для ис-
следования подземных вод и водопроницаемости горных пород.
Самые достоверные сведения о геологических и гидрогеологических
условиях получают при проходке разведочных выработок в виде
шурфов, шахт или штолен, в которых непосредственно видны прохо-
димые породы и условия их залегания. Шахты и штольни, пройденные
с целью разведки, используют также при производстве работ для рас-
ширения их фронта, вентиляции, транспортирования породы и ма-
териалов.
Кроме перечисленных, все большее распространение получают гео-
физические методы разведки, которые позволяют изучить строение и
448
состав горного массива непосредственно с поверхности. В этих методах
используются различия в электропроводимости отдельных пород, ско-
рости прохождения в них ударной волны, изменение величины силы
тяжести вблизи пластов и различия магнитных свойств. Геофизичес-
кие методы разведки особенно эффективны при глубоком заложении
тоннелей — порядка нескольких сотен метров.
§ 2. Условия залегания горных пород
Взаимодействие конструкции и окружающих ее горных пород в зна-
чительной степени зависит от условий залегания последних. Условия
залегания пласта породы определяют наличием или отсутствием дис-
локаций и тремя следующими характеристиками: направлением про-
стирания, углом падения и мощностью пласта (рис. 340).
Наиболее благоприятно заложение тоннеля при отсутствии дисло-
каций по простиранию мощного горизонтального пласта, сложенного
из устойчивых пород (рис. 341, а).
Менее благоприятно расположение тоннеля в наклонных пластах
(рис. 341, б) по их простиранию или вкрест простирания. В первом
случае следует ожидать значительного давления пласта на обделку
тоннеля, во втором — возможно провисание и обвалы в выработку под-
резанных пластов, а также повышенный приток воды в местах пересе-
чения Выработкой плоскостей контакта соседних пластов.
При заложении тоннеля в пластах, изогнутых в складки
(рис. 341, в)'По их простиранию, область антиклинали будет сравни-
тельно благоприятна: здесь можно ожидать небольшого давления гор-
ных пород и малых притоков воды. Неблагоприятным будет заложение
в крыле антиклинали и, особенно, в синклинали, где кроме повышенно^
го давления пород на конструкцию сле-
дует ожидать большого притока под-
земных вод. Если тоннель заложен
вкрест простирания складок, то условия
будут еще более тяжелыми, чем при за-
ложении в наклонных пластах, в связи
с отсутствием определенной системы в
пересечении выработки с частями скла-
док.
Весьма неблагоприятно пересечение
тоннелей выработкой плоскости сброса
(рис. 341, г). На таком участке возможны
взаимное перемещение частей пластов и
большой приток подземных вод. Конст-
рукцию тоннельной обделки в области
сброса принимают усиленной.
Большие осложнения не только в
процессе строительства, но также и в
процессе эксплуатации могут доставить
неразведанные карстовые пустоты, ко-
15 Зак. 1298
Рис. 340. Элементы залегания
пласта:
449
торые обычно образуются благодаря выщелачиванию растворимых
в воде горных пород. Карстовые пустоты могут служить причи-
ной обвалов и разрушений, особенно в случае сейсмических явле-
ний в районе расположения тоннеля. Если наличие карстов обнаружено
при геологической разведке, следует вынести трассу из зоны карстов.
При неожиданной встрече карстов во время проходки их обычно
заполняют материалами, не растворимыми в воде: крупным песком,
гравием или щебнем. Заполнение карстов не должно нарушать естест-
венного стока воды, чтобы не вызвать ее подпора и развития карстовых
явлений в соседних местах.
При выборе направления трассы тоннеля в районах повышенной
сейсмичности необходимо избегать областей массива, сложенных из
неустойчивых водонасыщенных пород, а также зон тектонических
разрывов. Несмотря на то, что тоннели являются сейсмостойкими со-
оружениями, в районах, где возможны землетрясения более 6 баллов,
необходимы специальные меры по усилению сейсмостойкости конст-
рукции, выражающиеся в замене бетонных элементов обычных обделок
железобетонными, а также предусматривающие возможность взаимных
расчетных смещений смежных звеньев подземной конструкции без
нарушения ее несущей способности.
§ 3. Физико-механические свойства горных пород
От свойств и состояния горных пород, окружающих подземную
выработку, непосредственно зависит выбор типа конструкции тон-
нельной обделки и* методов производства работ. Изучение свойств
пород, слагающих горный массив, выполняют по их образцам, извле-
ченным из скважин или по обнаружениям в подземной выработке.
Первый способ доступнее, связан с меньшими затратами средств и вре-
мени, но позволяет получить менее надежные данные о свойствах пла-
стов пород в сравнении с непосредственным изучением пород в вы-
работке. '
По физико-механическим свойствам горные породы могут быть раз-
делены на пластичные, сыпучие (естественной влажности или водо-.
насыщенные) и твердые (скальные). Пластичные и сыпучие породы изу-
450
йакггся в механике грунтов. Горные тонйелй й большййстве случаев
проходят в скальных породах. Эта среда является желательной при
проходке большинства подземных выработок, поэтому ее свойства
(прочность, твердость, трещиноватость, слоистость, пористость, водо-
проницаемость и растворимость) рассматриваются достаточно подробно.
Прочность горных пород определяется их способностью вос-
принимать различного рода усилия. Обычно исследованию на прочно-
сть подвергаются образцы горных пород, но, кроме того, разработаны и
успешно применяются' методы испытания обнаженных в выработке
пластов на сжатие и растяжение при помощи штампов, вдавливаемых
в массив, и анкеров, заделанных в породу и выдергиваемых из нее.
В испытаниях на сжатие прочность образцов мало отличается от проч-
ности породы в массиве, определенной в выработке. При испытаниях
на растяжение получается обычно больший разброс показаний; проч-
ность породы в массиве оказывается гораздо ниже, чем при испытаниях
образцов. Это, в частности, объясняется влиянием трещиноватости.
Отличительной особенностью горных пород является сравнительно
большая прочность на сжатие и низкая прочность на растяжение,
которая в 10—20 раз меньше прочности на сжатие. Учитывая это, под-
земным выработкам стремятся придать сводчатый характер, чтобы
исключить появление на их контуре растягивающих напряжений, т. е.
максимально используют способность горных пород работать на сжа-
тие, уменьшая тем самым нагрузку на несущую конструкцию.
Под твердостью горной породы в тоннелестроении принято
понимать сопротивление проникновению в нее инструмента. Твердость
оценивается по скорости бурения шпура, имеющего стандартные раз-
меры.
Трещиноватость определяется степенью изрезанное™
пласта породы трещинами. Она измеряется числом трещин, приходя-
щихся на единицу площади обнаженного массива. В трещиноватых
породах возможны обвалы, которые предотвращаются временной
крепью; возможен также повышенный приток воды.
Слоистость горных о’бвалов, так же как и трещиноватость^
влечет возможность обвалов при проходке. Кроме того, при неблаго-
приятном ориентировании тоннеля относительно слоев возможно одно-
стороннее давление породы на подземную конструкцию.
Пористость характеризуется наличием в породе мелких полос-
тей, которые могут сообщаться между собой или быть замкнутыми.
Этому качеству сопутствует уменьшение плотности и прочности поро-
ды. Незащищенная поверхность пористых пород сравнительно быстро
подвергается разрушению под действием воды, воздуха и резких коле-
баний температуры.
Водопроницаемость определяется способностью породы
пропускать воду. Это качество может быть изучено посредством проб-
ных одкачек из скважин или в лабораторных испытаниях фильтрацией
через образцы напорной воды. Большой водопроницаемостью обладают
обычно трещиноватые и пористые породы.
Растворимость свойственна таким горным породам, как
гипс или ангидрит, известняк, доломит и мергель. Эксплуатация тон-
15* 451
йелей, заложенных в растворимых йородах, связана со значй’гельнкМй
трудностями из-за возможности образования за обделкой пустот, на-
полненных водой.
Необходимо отметить, что физико-механические свойства ряда по-
род (мергель, мел, аргилит и др.) при обнажении их выработкой зна-
чительно изменяются под воздействием компонентов внешней среды.
При постройке тоннелей важнейшими из перечисленных свойств
являются прочность и твердость. Совокупность этих качеств
определяется коэффициентом крепости породы, предложенным
проф. М. М. Протодьяконовым для оценки прочностных свойств горных
пород. Коэффициент крепости назван йм также кажущимся коэффи-
циентом трения и подобно ему является безразмерной величиной.
В большинстве учебников по тоннелям приводится классификация гор-
ных пород проф. М. М. Протодьяконова, предложенная им в начале
XX в. и до сих пор широко используемая в отечественной практике
тоннелестроения и проведения горных выработок. В этой классифика-
ции все породы разделены на пятнадцать категорий. К первым катего-
риям относятся самые крепкие породы с коэффициентом крепости от 10
до 20. Это — наиболее крепкие плотные и вязкие кварциты и базальты,
а также исключительные по крепости другие породы. В категории креп-
ких пород включены песчанистые сланцы, обыкновенный и крепкий пес-
чаник, известняк и мрамор, а также некрепкий гранит и доломит.
Коэффициент крепости этих пород находится в пределах от 5 до 8.
Затем следуют категории средних и мягких скальных пород: мел, гипс,
мергель, разнообразные сланцы, некрепкие песчаник и известняк
с коэффициентом крепости от 2 до 4. Последние категории включают
мягкие, землистые, сыпучие и плывунные породы с коэффициентом
крепости от 0,3 до 1,5.
Для скальных пород проф. М. М. Протодьяконов рекомендует опре-
делять коэффициент крепости f в зависимости от их прочности на сжа-
тие R, выражаемой в кгс/см2:
f = 0,01 R. (XXIX.1)
В сыпучих и глинистых породах коэффициент крепости f является
функцией угла внутреннего трения <р:
f = tg q>. (XXIX.2)
Коэффициент крепости используется в расчетах тоннельных кон-
струкций при определении давления горных пород на временную и
постоянную крепь выработки, а также при выборе способов проходки.
§ 4. Горное давление и его прогноз
Горным давлением" называют силовое воздействие горных пород на
крепь подземной выработки. Более точно горное давление определяют
как объемные силы в окружающих выработку породах. В ненарушен-
ном массиве горные породы сжаты действием собственного веса и веса
452
Вышележащих пластов. При обнажении частей горного массива в вы-
работках порода получает возможность деформироваться в освобож-
денное пространство. При этом происходит перераспределение внутрен-
них усилий в пластах и, если вблизи обнаженной поверхности возни-
кают напряжения, превосходящие предел прочности породы, то она
разрушается, падая в выработку. Если смещениям породы в сторону
выработки препятствует искусственная крепь, то на нее передается
горное давление — главная нагрузка, на которую работают временная
крепь и постоянная обделка тоннеля.
Величина горного давления зависит от свойств горных пород, окру-
жающих выработку, от условий их залегания, мощности и разнообра-
зия пластов, а также от других условий. Аналитический учет всех
действующих факторов представляется чрезвычайно затруднитель-
ным. Поэтому существующие гипотезы и теории горного давления
учитывают лишь главные факторы—свойства горных пород, окружа-
ющих тоннельную конструкцию и глубину заложения выработки.
Аналогические способы определения горного давления, основанные
на теоретических предпосылках, позволяют найти лишь приближенное
его значение. С большей достоверностью давление горных пород на
крепь определяется в разведочных выработках непосредственными из-
мерениями при помощи специальных приборов и различными метода-
ми моделирования, среди которых для тоннелей наибольшее значение
приобрели центробежное моделирование и моделирование эквивалент-
ными материалами.
В отечественной инженерной практике для аналитического опреде-
ления величины горного давления широко используется гипотеза
проф. М. М. Протодьяконова, который, изучая поведение горных пород
в подземных выработках и на моделях, установил, что при раскрытии
выработки часть породы в ее кровле и боках обрушается в освобожден-
ное пространство (рис. 342), а оставшаяся часть в виде естественного
разгружающего свода сохраняет состояние равновесия, воспринимая
нагрузку от собственного веса и веса вышележащих пород. Автор ги-
потезы принял, что все горные породы являются телами до известной
степени несвязными, обладающими свойствами сыпучих тел. Кроме
того, в основу гипотезы была положена независимость величины гор-
ного давления от глубины заложения выработки и ее прямая зависи-
мость от свойств породы, а также от ширины выработки. В качестве
расчетной характеристики, определяющей свойства горных пород,
был предложен коэффициент крепости породы.
Основная зависимость, вытекающая из гипотезы Протодьяконова,
устанавливает размеры свода давления (разгружающего свода или вы-
вала) над подземной выработкой (рис. 343):
Л=^-, (XXIX.3)
Где h — высота свода давления, м;
L — пролет свода давления, м:
L = b + 2 Лх tg (45° — <р/2); (XXIX,4)
453
ср — угбл внутреннего трения породы;
f — коэффициент крепости породы.
Вывод основной зависимости (XXIX.3) дан в большинстве учеб-
ников по тоннелям и здесь не приводится.
Возможность применения . формулы (XXIX.3) ограничена усло-
вием: толщина слоя устойчивых пород над выработкой не менее чем
в два раза должна превышать высоту свода давления Н > 2 h. Если
это условие не удовлетворяется, необходимо учитывать давление от
полного веса породы, залегающей над выработкой.
При заложении тоннеля в глинистых породах давление на крепь
подземной выработки обычно превышает величину, определенную из
расчета на возможность естественного сводообразования. В этом случае
также рекомендуется вести расчет на давление всего столба пород,
расположенных над выработкой.
Отметим основные, недостатки гипотезы Протодьяконова, ограни-
чивающие возможность ее применения:
1) предположение однородности напластования горных пород в об-
ласти выработки;
2) трудность точной количественной оценки коэффициента крепо-
сти породы для горного массива, обнаженного выработкой;
3) принятие простой линейной зависимости между высотой свода
давления h и его шириной L, не подтверждающееся практикой и дающее
преувеличенное значение высоты свода/г в узких выработках (штольнях
шириной 1,5—2,0 м) и ее преуменьшенное значение в1 выработках ши-
риной более 8—10 м.
Начиная с тридцатых годов текущего столетия, теория горного дав-
ления получила дальнейшее развитие главным образом в трудах со-
ветских учёных на базе новых решений теории упругости и теории
пластичности.
После выполнения геологоразведочных работ по трассе тоннеля
составляют прогноз горного давления с качественной оценкой его про-
явления. В слабых породах, а также в породах, размокающих под дей-
ствием подземных вод, возможно всестороннее горное давление на крепь
Рис. 343. Схема, определения разме-
ров свода давления
1 —’ свод давления, 2 — вывал
Рис. 342 Схема образования есте-
ственного разгружающего свода:
1 — выработка, 2 — вывал
454 -
как со стороны кровли, так и с боков выработки, а также со стороны
ее подошвы. В скальных породах малой и средней крепости возможно
проявление горного давления со стороны кровли и с боков выработки.
В крепких породах возможно лишь незначительное давление со сто-
роны кровли.
При составлении прогноза горного давления следует уделять боль-
шое внимание условиям залегания горных пород, в зависимости от ко-
торых возможны необычные проявления горного давления,'как, напри-
мер, одностороннее боковое давление при расположении выработки по
простиранию наклонного пласта.
Предварительный прогноз горного давления постоянно уточняет-
ся по мере продвижения забоев и получения данных о действи-
тельном поведении горных пород в подземных выработках.
§ 5. Подземные воды и газы, температура подземной выработки
Подземные воды вызывают серьезные осложнения при проходе выра-
боток, особенно при ведении работ через промежуточные шахты,
а также в случаях, когда продольный уклон выработки направлен в сто-
рону забоя.' Осложнения продолжаются и после завершения строитель-
ства: подземные воды выщелачивают горные породы вблизи тоннеля и
оказывают вредное влияние на материал обделки. В районах с суровым
климатом в зимнее время, благодаря притоку подземных вод, возможно
образование наледей, нарушающих габарит тоннеля. Поэтому как при
строительстве, так и при эксплуатации тоннеля должны быть приняты
все меры, препятствующие попаданию подземных вод в тоннель.
Источниками образования подземных вод могут быть атмосферные
осадки, водотоки и водоемы на поверхности, а также водоносные плас-
ты горных пород,, подземные источники и естественные подземные ре-
зервуары в виде заполненных водой карстовых пустот. Подземным
водам свойственна большая агрессивность даже в тех случаях, когда их
источники находятся на поверхности, так как, проходя через’ много-
численные трещины и поры в горных выработках, вода обогащается
примесями, вредно действующими на материал обделки. Особенно
вредны для подземных конструкций растворенные в воде серная и соля-
ная кислоты и их соли, а также соли аммония, квасцы, фенол и гуми-
новые кислоты.
В результате гидрогеологических исследований горного массива
необходимо получить сведения о возможном максимальном притоке во-
ды в выработку, об уровне грунтовых вод, их температуре и химиче-
ском составе.
При невозможности естественного стока воды из выработки необхо-
димо обеспечить ее сброс в приямки, устроенные в самых низких час-
тях выработки, и своевременную откачку при помощи насосов. Высо-
кий относительно горизонта выработки уровень грунтовых вод свиде-
тельствует об их значительном напоре и, если приток воды в выработку
большой, а напор с течением времени снижается мало, то в процессе
проходки, или даже до нее, необходимо принять меры по увеличению
водонепроницаемости горных пород посредством цементации, силикати-
зации или битумизации.
Высокая температура притекающих в выработку подземных вод сви-
детельствует о действии горячих источников. При этом повышается
температура подземной выработки, образуется туман и чрезвычайно
затрудняется ведение работ. Радикальным способом устранения этих
помех является перекрытие путей поступления в выработку горячей
воды, которое возможно после тщательной гидрогеологической раз-
ведки.
Зная химический состав подземных вод, можно подобрать материал
обделки, на который примеси, растворенные в воде, не будут оказы-
вать вредного действия. Во всех случаях необходимо принимать меры
для снижения притока воды в выработку или Эксплуатируемый тон-
нель, так как большой приток даже малоагрессивной воды оказывает
вредное действие на обделку и горные породы. В то же время действие
агрессивных вод не принесет ощутимого вреда, если их течение вблизи
выработки замедлится или прекратится.
Подземные газы, выделяющиеся из напластований горных пород
в подземную выработку, могут оказывать вредное действие на орга-
низм человека, а также на материал обделки. Большую опасность
представляют собой горючие газы, образующие с воздухом взрывча-
тые смеси.
Радикальным средством борьбы с вредными газами является усилен-
ная вентиляция подземных выработок, благодаря которой подается
большое количество свежего воздуха, разбавляющего вредные газы до
допустимой концентрации.
Температура подземной выработки зависит от температуры окру-
жающих пород, которая тем выше, чем больше глубина заложения плас-
тов относительно поверхности.
Повышенная температура затрудняет ведение работ и создает не-
удобства при эксплуатации подземных сооружений. Максимальная тем-
пература, при которой человек еще может работать, + 50° С, если ат-
мосфера сухая, и + 40° С, если атмосфера влажная. Обычно атмосфера
в тоннельных выработках влажная.
ГЛАВА XXX
КОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
§ 1. Внутреннее очертание обделок
Рис 344. Построение внутреннего очертания
подковообразной обделки однопутного тоннеля:
а — из трех центров, б — из пяти центров
Размеры и формы внутреннего очертания обделок транспортных тон-
нелей определяются главным образом габаритом приближения строе-
ний. Для железных дорог нормальной колеи в СССР установлен габа'
рит С, для автомобильных дорог — Г-7 и Г-8; специальный габарит
приближения строений принят для перегонных тоннелей метрополи-
тена.
Обделки тоннелей, сооружаемые закрытым способом, имеют плав-
ное криволинейное очертание. Внутренний контур обделки однопут-
ного железнодорожного тоннеля для прямого участка пути, описанный
вокруг габарита С, представляет собой коробовую кривую (рис. 344),
построенную из трех или пяти центров. Внутреннее очертание обделки
двухпутного тоннеля (рис. 345) представляет собой коробовую кривую
с тремя центрами, расположенными достаточно близко для того, чтобы
их можно было объединить в один центр. В этом случае контур очерчи-
вается дугой одной окружности и ограниченное им внутреннее про-
странство получается не-
сколько избыточным.
Между габаритом в точ-
ке А (см. рис. 345) и внут-
ренним очертанием обделки
оставляется свободное про-
странство размером 10—
15 см, обеспечивающее за-
пас на неточность строи-
тельных работ, а в точке
Б — размером 30—35 см
для размещения за преде-
лами габарита С устройств
сигнализации, связи, све-
тильников и кабелей.
Внутреннее очертание
обделки автодорожного
тоннеля для габарита Г-8
по форме и размерам близ-
ко к очертанию двухпутно-
го железнодорожного тон-
неля. Избыточное прост-
ранство над габаритом ис-
пользуется обычно для вен-
тиляции тоннеля.
Рис. 345 Построение внутреннего очертания
подковообразной обделки двухпутного тоннеля:
а — из трех центров; б — из одного центра
457
На кривых участках пути размеры габарита приближения строе-
ний увеличиваются, а для двухпутных тоннелей увеличивается и рас-
стояние между осями путей с учетом максимально возможных перспек-
тивных скоростей движения поездов.
В практике тоннелестроения имели место случаи, когда внутрен-
нее очертание обделки однопутного тоннеля принималось в виде пол-
ной окружности, вмещавшей габарит С, путь и водоотливные устрой-
ства.
При таком очертании боковые части поперечного сечения тоннеля
получались со значительными избытками, так как размер габарита С по
высоте, увеличенный снизу запасом на необходимые устройства,. го-
раздо больше, чем его ширина.
Замкнутое круговое очертание, как правило, применяется в одно-
путных’ тоннелях метрополитена, сооружаемых закрытым способом,
где круговой контур не приводит к существенным избыткам внутрен-
него пространства тоннеля в связи с особенностями габарита метропо-
литена и необходимостью размещения большого числа кабелей.
§ 2. Конструкции обделок из монолитного бетона
Монолитный бетон служит основным 'материалом обделок железно-
дорожных и автодорожных тоннелей, сооружаемых горным способом.
Это объясняется тем, что для его приготовления используются местные
материалы, а процессы/связанные с бетонированием, могут быть пол-
ностью механизированы.
Тоннельная обделка закрепляет горные породы, обнаженные вы-
работкой. Ее форма, размеры элементов и выбор материала зависят от
физико-механических свойств горных пород.
В очень крепких невыветривающихся и нерастворимых породах,
не проявляющих горного давления и представляющих собой сплошной
массив без трещин, выработку можно ничем не закреплять, тоннель
Рис. 346 Конструкция обделок однопутных железнодорожных тоннелей в поро-
дах с коэффициентом крепости:
а — f > 10; б — f#*6; в — f=-3—4 при наличии бокового давления
458
Рис 347. Конструкция обделки двух-
путного железнодорожного тоннеля
в породах с коэффициентом крепости
(рис. 346, а). В породах средней
эксплуатируется без обделки. Од-
нако такие условия встречаются
чрезвычайно редко и, как правило,
даже в самых крепких породах
выработку закрепляют постоянной
обделкой, которая не выполняет
функций несущей конструкции, а
служит облицовкой.
Рассмотрим конструкции моно-
литных обделок однопутных желез-
нодорожных тоннелей из монолит-
ного бетона, разработанные Метро-
гипротрансом.
В крепких породах с коэффи-
циентом крепости f 10 рекомен-
дуется неполная обделка в виде
циркульного свода, а стены выра-
ботки оставляют незакрепленными
крепости применяется подковообразная обделка в виде подъемистого
свода (рис. 346, б). Аналогичная конструкция с размером свода в замке
(верхней части) 40 см и стен в месте сопряжения их со сводом — 50 см
рекомендуется для более слабых пород с коэффициентом крепости
f = 3-4-5. Эти конструкции применяются в условиях, когда породы
проявляют вертикальное давление, а боковое давление практически
отсутствует или весьма незначительно.
При наличии бокового давления устраивают замкнутые обделки
с обратным сводом в лотковой части (рис. 346, в). В слабых породах
с коэффициентом крепости/=14-2,5, где возможно не только значи-
тельное боковое давление, но также и давление со стороны подошвы
выработки, применяется аналогичная конструкция с большими раз-
мерами основных элементов: толщиной в замке — 50 см, стен —
80 см.
Обделка двухпутного тоннеля, сооружаемого в тех же условиях,
что и однопутного (коэффициент крепости f = 5), в связи с большим
пролетом испытывает большее горное давление и имеет большую тол-
щину (рис. 347). В породах меньшей крепости эти обделки устраивают
замкнутыми, с обратным сводом. Толщину элементов увеличивают.
При коэффициенте крепости породы f — 3; 2 и 1,5 толщину обделки
в замке принимают соответственно 60; 70 и 80 см, а стен — 90; 100 и
140 см. Размеры поперечных сечений обделок автодорожных тоннелей
для габарита Г-8 и двухпутных железнодорожных тоннелей близки.
§ 3. Ниши, камеры и порталы
Для укрытия людей, находящихся в тоннеле при прохождении по-
езда, в обделке устраивают специальные углубления—ниши (рис. 348).
Углубления большего размера, называемые камерами, предназначены
для хранения рабочего инвентаря, материалов и инструментов.
459
Рис 348. Конструкция ниши (размеры показа-
ны в скобках)
Ниши располагают в’
обеих стенах тоннеля в
шахматном порядке через
60 м по каждой стороне
(рис. 349), а камеры соот-
ветственно через 300 м.
При длине тоннеля 300—
400 м в нем устраивают
одну камеру в средней ча-
сти тоннеля. В тоннелях
длиной более 3 км, кроме
обычных одинаковых ка-
мер, устраивают 1—2 каме-
ры большей длины (до 6 м)
для хранения запаса ма-
териалов и оборудования.
В однопутных железнодорожных тоннелях с обделкой кругового
очертания вместо ниш допускается устройство по всей длине тоннеля
несколько приподнятой площадки шириной не менее 70 см со ступеня-
ми для входа на нее через каждые 30 м.
Портал сооружают для сопряжения конструкции тоннеля с под-
ходной выемкой. Он обеспечивает устойчивость лобового и боко-
вых откосов, а также отвод от тоннеля воды, стекающей с лобового
откоса.
Портал — единственный элемент тоннеля, открытый для обзора,
поэтому естественно стремление придать этой части ответственного
сооружения надлежащее архитектурное оформление.
Самое простое конструктивное решение портала (рис. 350) возмож-
но, когда направление оси в начале тоннеля совпадает с направле-
нием горизонтальной проекции линии наибольшего ската лобового
откоса. В этом случае плоскость портальной стены устанавливают
перпендикулярно оси тоннеля. Такой портал принято называть пря-
мым в отличие от косого портала — более сложного решения, к кото-
рому приходится прибегать, если направление оси тоннеля составляет
с проекцией линии наибольшего ската некоторый угол а. Практически
необходимость такого решения возникает, если величина этого угла
превышает 30°.
При этом плоскость портальной стены составляет с осью тоннеля
угол меньший 90° на величину, близкую к углу а.
г
Рис. 349. Схема расположения ниш и камер в плане.
/ — ниши; 2 — камера
460
%
Рис. 350. Конструкция прямого портала
Рис 351. Конструкция ступенчатого портала
461
Устройство косого портала существенно снижает возможности архи-
тектурного оформления входа в тоннель и усложняет конструкцию
сопряжения портальной стены с тоннелем. Поэтому и в таких ослож-
ненных условиях стремятся устроить портал прямым, разместив пор-
тальную стену перпендикулярно оси тоннеля, но тогда изменение отме-
ток лобового откоса в плоскости портала становится значительным, и
для сопряжения конструкции с откосом необходимо лобовой порталь-
ной стене придать ступенчатую форму (рис. 351),
§ 4. Сборные конструкции тоннельных обделок
В качестве материала сборных обделок используют чугун, сталь и
железобетон.
Металлические обделки отличаются точностью изготовления, водо-
непроницаемостью и простотой сборки; При строительстве тоннелей
метрополитенов чугунные обделки до недавнего времени имели самое
широкое распространение. Сталь применяется в конструкциях сбор-
ных обделок чрезвычайно редко и в сочетании с монолитным бетоном,
защищающим ее от коррозии, которой она подвержена в большей
степени, чем чугун.
Железобетонные сборные обделки в последние десятилетия сталц
основными в тоннелях, сооружаемых щитовым способом. Они значи-
тельно дешевле чугунных обделок и не уступают им по большинству
показателей, кроме водонепроницаемости.
Сборная обделка из чугунных тюбингов (рис. 352) имеет форму
кольца. Ее собирают из отдельных элементов — тюбингов, соединен-
ных между собой болтами. Большую часть обделки составляют одина-
ковые тюбинги (нормальные). В кольце нормальные тюбинги примы-
кают друг к другу плоскостями бортов, имеющих радиальное направ-.
ление. Такие тюбинги стремятся проектировать возможно более круп-
ными. Условия, ограничивающие их размеры, вытекают из удобства
Рис 352 Конструкция обделки из чугунных тюбингов-
462
сборки кольца и транспортирования тюбингов через ствол шахты и
в узких подземных выработках.
Один из тюбингов 3, располагаемый обычно в верхней части обдел-
ки, имеет значительно меньшие размеры. Плоскости его бортов не ра-
диальны; тюбинг по форме близок к трапеции,, короткая сторона ко-
торой обращена наружу. Этот элемент обделки устанавливают послед-
ним, замыкая каждое кольцо. Поэтому его называют замковым или
ключевым. Направление бортов ключевого тюбинга позволяет ввести
его в проектное положение с внутренней стороны простым радиаль-
ным перемещением.
Тюбинги 2, примыкающие к замковому, отличаются от нормальных
только направлением плоскости борта, смежного с ключевым тюбин-
гом. Они называются смежными.
Нормальный тюбинг 1 имеет коробчатую форму. Его спинка 5
(см. рис. 352, б) обращена к породе и изогнута по цилиндрической по-
верхности. Борта тюбингов радиальные 7 (продольные относительно оси
тоннеля) и кольцевые 9 имеют отверстия для болтов 4, скрепляющих
тюбинги. Наружные поверхности бортов простроганы. В спинке тю-
бинга имеете?? отверстие 8 с резьбой, Перез которое за обделку произ-
водится нагнетание раствора. Для увеличения жестости тюбинга,
уменьшения пролета спинки и лучшего распределения давления
щитовых домкратов имеются продольные и поперечные диафраг-
мы 6.
Обделка из чугунных тюбингов является жесткой водонепроницае-
мой конструкцией, но материал ее дорог и дефицитен. Поэтому в на-
стоящее время в нашей стране применение сборных чугунных обделок
допускается лишь при сооружении наиболее ответственных подземных
конструкций в слабые водонасыщенных породах.
Тоннельные обделки из сборного железобетона во многом отличают-
ся от обделок из чугунных тюбингов в связи с отличием свойств мате-
риалов, требующих различных рациональных форм. В частности, сое-
динение элементов при помощи болтов, успешно, применяемое для чу-
гунных обделок, оказывается неприемлемым для обделок из сборного
железобетона: в бетоне вблизи болтовых соединений появляются мно-
гочисленные трещины, материал выкрашивается, арматура подвергаем-
ся коррозии.
Поиски жесткого соединения смежных элементов привели к исполь-
зованию в обделке железнодорожного тоннеля из блоков стыка Пере-
дерия (рис. 353). Такая конструкция обладает большой жесткостью,
необходимой при заложении тоннеля в слабых породах, проявляющих
всестороннее давление.
В то же время исследования статической работы сборных обделок,
ведущиеся в СССР и за рубежом, показали, что элементы подземных
конструкций кругового очертания сохраняют проектное положение,
не имея связей, даже в таких породах, как пески и пластичные
глины, если обеспечена равномерная передача на конструкцию ак-
тивного и реактивного давления горных пород. Поэтому в совре-
менных конструкциях сборных железобетонных обделок (рис. 354)
сплошного и ребристого поперечных сечений применяется шарнирный
463
Рис. 353. Конструкция обделки из блоков со
связями, работающими на растяжение:
а— схема кольца, б — конструкция верхнего узла
Рис. 354. Конструкция обделок из блоков:
а — сплошного прямоугольного сечения; б — ребристо-
Рис. 355. Элементы сборной железобетонной
обделки:
а — торец нормального блокад б
— замковый блок
цилиндрический стык без
каких-либо связей,способ-
ных работать на растяже-
ние. Стальные стержни, за-
кладываемые в отверстия в
торцах блоков (рис. 355, а),
не выполняют функций
связи, они фиксируют
взаимное проектное поло-
жение торцов соседних бло-
ков при монтаже.
Специфична конструк-
ция замка (рис. 355, б): в
отличие от ключевого тю-
бинга чугунной обделки
сборная железобетонная
конструкция замыкается с
торца из пространства
между плоскостью забоя и
передней плоскостью соби-
раемого кольца. Для об-
легчения этого процесса
замковый элемент собирают
из трех небольших вкла-
дышей, которые последова-
тельно вдвигают вручную в
свободное пространство.
Снаружи на замковых
вкладышах укреплены
стержни, приваренные к
закладным деталям. Эти
стержни исключают воз-
можность выпадания эле-
ментов замка в процессе
монтажа обделки.
Разнообразные конст-
рукции сборных железобе-
тонных обделок разрабо-
таны в проектах и осуще-
ствлены в натуре. Некото-
рые из них отличаются
чрезмерной сложностью
форм и способов взаимного
сопряжения элементов, не
учитывающих особенности
материала обделок. Прак-
тика постройки и эксплуа-
тации различных конст-
рукций показала, что са-
464
мыми перспективными являются обделки из элементов сравнительно
простой конструкции с цилиндрическими стыками без связей (см.
рис. 354, а).
Весьма перспективны сборные обделки, предварительно обжимае-
мые в породу. Необходимое условие их применения — строго цилинд-
рическая форма тоннельной выработки, которая может быть достигнута
при механизированной щитовой проходке. Использование конструк-
ций, обжатых в породу, исключает необходимость в нагнетании за об-
делку раствора, предотвращает или значительно снижает осадки
земной поверхности над тоннелем и улучшает условия статической
работы конструкции. Простейшим и надежным способом обжатия об-
делки является вдавливание в них с торца клиновых блоков. Широко
применяется обжатие при помощи домкратов различной конструкции.
При обжатии обделок больших пролетов хорошо зарекомендовали
себя домкраты Фрейсинэ.
Существуют проектные решения сборных железобетонных обделок
подковообразной формы. От обделок кругового очертания их невыгодно
отличает большое число различных типов блоков в каждом кольце;
в настоящее время они проигрывают также в сравнении с подковооб-
разными обделками из монолитного бетона.
§ 5. Гидроизоляция обделок, водоотводные устройства в тоннелях
Цель гидроизоляции — недопущение подземных вод во внутреннее
пространство тоннеля. Гидроизоляция в первую очередь обеспечивает-
ся водонепроницаемостью материала конструкции. Дополнительным
средством, увеличивающим водонепроницаемость конструкции и окру-
жающего массива, является нагнетание за обделку вначале песчано-
цементного, а затем цементного раствора. Раствор заполняет трещины
и полости в обделке и массиве породы, преграждая путь подземным
водам.
Радикальным средством, позволяющим обеспечить полную водо-
непроницаемость обделки, является включение в ее конструкцию
замкнутых водонепроницаемых мембран.
Обделка из монолитного бетона может быть выполнена практически
водонепроницаемой благодаря соответствующему подбору состава
бетона и качественному уплотнению при его укладке. Течи обычно по-
являются в местах рабочих швов, оставленных при бетонировании. Они
ликвидируются после нагнетания за обделку песчано-цементного раст-
вора через трубки, заложенные в бетон при его укладке.
Сравнительно простым средством увеличения водонепроницаемости
бетонной обделки является торкретирование ее внутренней поверхно-
сти двумя-тремя слоями песчано-цементного раствора. Для предотвра-
щения возможности появления в торкрет-бетоне усадочных трещин ре-
комендуется изготовлять его на водонепроницаемом безусадочном
цементе. Эффективность торкретной изоляции значительно увеличи-
вается при нанесении ее по стальной сетке, предварительно прикреп-
ленной к обделке анкерными стержнями. Армированное торкретное
465
покрытие обеспечивает водонепроницаемость обделки при гидрОсТаТи*
ческом давлении до 1 кгс/см2.
При возведении бетонных обделок в сильно обводненных породах
с большим гидростатическим давлением конструкцию изолируют
сплошной водонепроницаемой мембраной (рис. 356) из гибких рулон-
ных материалов, приклеенных к внутренней поверхности обделки.
Такая изоляция, называемая гибкой или оклеечной, прижимается
к обделке внутренней железобетонной конструкцией («рубашкой»).
В качестве гибких изолирующих материалов используют гидро-
изол — асбестовый картон, пропитанный нефтяным окисленным биту-
мом, а также стеклорубероид и стеклобит — новые материалы, обла-
дающие большей механической прочностью, чём гидроизол. Рулон-
ный изолирующий материал наклеивают в 3—5 слоев. Трехслойная
изоляция применяется при гидростатическом давлении до 3 кгс/см2.
Чтобы обеспечить водонепроницаемость небольших частей подзем-
ных конструкций из монолитного бетона, соединяющих ответственные
элементы подземного сооружения, выполненные из другого материала
(например из чугуна), применяют гидроизоляцию из стальных листов
толщиной 8—12 мм, сваренных между собой.-Листы устанавливают
с внутренней стороны тоннельной обделки; при строительстве они обыч-
но выполняют также роль опалубки. Совместность работы стальной
изоляции с бетоном обделки достигается благодаря анкерам, приварен-
ным к листам и заглубленным в бетонный массив.
Обделки из чугунных тюбингов обладают самой высокой водоне-
проницаемостью. Однако и в них есть места, через которые в тоннель
может поступать вода. Это — швы между тюбингами, отверстия для
болтов и для нагнетания за обделку.
Швы между тюбингами (рис.’357) с внутренней стороны расширяют-
ся, образуя канавку, которую заполняют'и зачеканивают замазкой из
водонепроницаемого расширяющегося цемента (ВРЦ) или из быстро-
схватывающегося состава (БУС). В наиболее ответственных сооруже-
ниях при большом гидростатическом давлении и значительных колеба-
ниях температуры эксплуатируемой конструкции для чеканки швов
допускается применение более дорогого материала — свинцового
Рис. 356 Оклеенная, гид-
роизоляция бетонной об-
делки:
1 — изоляция; 2 ~ железо-
бетонная «рубашка»
Рис 357 Гидроизоляция обделки
из чугунных тюбингов:
1 — канавка для расчеканки; 2 сфе-
рическая шайба с'-асбестобитумным за-
полнением, 3 — асбестовая шайба
а)
Рис 358 Водоотводные лотки:
а — без утепления; б — с утепляющей
засыпкой, в —с утеплением из блоков
теплоизоляции; 1 — лоток, 2 — блок из
легкого бетона; 3— водоотводная труб-
ка; 4 — утепляющая засыпка; 5 — блок
теплоизоляции; 6 — блок теплоизоля-
ции перекрытия
шнура, состоящего из свинцовой
трубки, заполненной кручеными асбе-
стовыми нитями, пропитанными биту-
мом. При чеканке свинцовый шнур
сминается и плотно прилегает к стен-
кам канавки, обеспечивая герметич-
ность шва.
Изоляцию болтовых отверстий в
тюбингах (см. рис. 357) выполняют
при помощи сферических стальных
шайб с асбестобитумным заполне-
нием, которое вдавливается в полость
между болтом и отверстием при затяги-
вании гайки. В настоящее время вме-
сто асбестобитумной изоляции отвер-
стий начинают применять конические
шайбы из пластмасс, обладающих
упругостью, благодаря которой шайба
продолжает герметизировать отвер-
стие и при некотором ослаблении
болта.
Отверстие для нагнетания закры-
вают чугунной пробкой' с нарезкой,
под фланец которой закладывают асбе-
стовую шайбу, пропитанную битумом.
Гидроизоляция сборных обделок
из железобетонных блоков выполняет-
ся в основном теми же средствами,
что и в чугунных обделках, но эффек-
тивность ее значительно ниже. Это
объясняется тем, что после сборки и
загружения кольца в теле самих бло-
ков, работающих в условиях внецент-
ренного сжатия с большими эксцентри-
ситетами, появляются трещины. Тре-
щины образуются также вблизи чека-
ночных канавок от ударов чеканоч-
ных молотков и действия расширяющейся при твердении замазки, рас-
пирающей стенки канавки. Через эти трещины в тоннель проникает
вода, арматура блоков подвергается коррозии, что влечет за собой
увеличение трещин.
В гидроизоляции конструкций из блоков особую важность приоб-
ретает нагнетание за обделку растворов, а также разогретого битума и
битумных эмульсий.
Для нагнетания применяются также раствор бентонитовой глины
и различные смеси, от удачного выбора которых зависит эффектив-
ность гидроизоляции обделки.
Водонепроницаемость блоков увеличивается благодаря покрытию
их с наружной стороны и с торцов слоем битума.
467
При устройстве сборной железобетонной обделки в водонасыщен-
ных породах требуется устройство оклеенной гидроизоляции в соче-
тании с железобетонной рубашкой аналогично тому, как это выпол-
няется при изоляции обделки из монолитного бетона. Такая гидроизо-
ляция значительно усложняет конструкцию и увеличивает сроки ее
возведения.
В настоящее время проблема обеспечения водонепроницаемости
железобетонных обделок решается в двух направлениях: созданием
водонепроницаемого тела блоков и надежной гидроизоляцией швов
между блоками.
Несмотря на обязательное принятие мер по обеспечению водоне-
проницаемости обделок в тоннелях в различные периоды их эксплуа-
тации может скапливаться вода, которую необходимо собрать и уда-
лить.
Удаление воды из тоннеля и сброс ее за пределами порталов выпол-
няется посредством водоотливных лотков (рис. 358, а), продольный
уклон которых, как правило, соответствует уклону пути в тоннеле, но
должен быть не менее 0,003. Поперечный уклон бетонного выравниваю-
щего слоя в сторону лотка — не менее 0,02. Внутренние размеры лот-
ка назначают в соответствии с гидравлическим расчетом на максималь-
но возможный приток воды, но не менее 30 X 30 см.
Для предотвращения возможности замерзания воды в лотке меж-
ду ним и наружной крышкой укладывают утепляющую засыпку
(рис. 358, б). В местности с суровым климатом конструкцию лотка
со всех сторон утепляют блоками из материала с малой теплопровод-
ностью или листами теплоизоляции (рис. 358, в).
ЛАВА XXXI
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
§ 1. Нагрузки на подземные конструкции
Нагрузки, действующие на тоннельные обделки, подразделяются
СНиП на постоянные, временные и особые.
К постоянным нагрузкам относятся давление горных пород, соб-
ственный вес конструкции, гидростатическое давление, воздействие от
предварительного напряжения обделки и давление от зданий и соору-
жений, расположенных над тоннелем или в пределах призмы обру-
шения .
Временные нагрузки включают воздействие на конструкцию тран-
спорта, движущегося в тоннеле, а также нагрузки, возникающие в пе-
риод строительства: давление раствора, нагнетаемого за обделку,
давление щитовых домкратов и вес оборудования, закрепленного на
обделке.
Особые нагрузки возникают при сейсмичёских и других подобных
им явлениях.
Подземные конструкции рассчитывают на неблагоприятное сочета-
ние нагрузок. В транспортных тоннелях главным из внешних силовых
факторов является нагрузка от горного давления, для определения ко-
торой используют данные, полученные в разведочных выработках и
при эксплуатации тоннелей в аналогичных геологических условиях,
а также аналитический способ, основанный на использовании гипо-
тезы проф. М. М. Протодьяконова.
Для определения величины горного давления по Протодьяконову
контур подковообразной выработки заключают в прямоугольник
(рис. 359, а), из нижних углов которого проводят направления, опре-
деляющие положение призмы обрушения. Пересечение этих направле-
ний с продолжением верхней стороны прямоугольника определяет
пролет свода давления L. Высота вывала h определяется по формуле
(XXIX.3).
Принимая (в запас прочности) вертикальную нагрузку по макси-
мальной ординате свода давления, получим величину нормативной
вертикальной нагрузки
Ч=^=У-±- , (XXXI.1)
где у — объемный вес породы.
Если тоннель заложен вхлабых неустойчивых породах, где образо-
вание естественного разрушающего свода невозможно, или не удовлет-
воряется условие Н 2 h (см. § 4, гл. XXIX), — вертикальная на-
грузка учитывает вес всей толщи пород, расположенной над тоннелем,
469
При устройстве сборной железобетонной обделки в водонасыщен-
ных породах требуется устройство оклеенной гидроизоляции в соче-
тании с железобетонной рубашкой аналогично тому, как это выпол-
няется при изоляции обделки из монолитного бетона. Такая гидроизо-
ляция значительно усложняет конструкцию и увеличивает сроки ее
возведения.
В настоящее время проблема обеспечения водонепроницаемости
железобетонных обделок решается в двух направлениях: созданием
водонепроницаемого тела блоков и надежной гидроизоляцией швов
между блоками.
Несмотря на обязательное принятие мер по обеспечению водоне-
проницаемости обделок в тоннелях в различные периоды их эксплуа-
тации может скапливаться вода, которую необходимо собрать и уда-
лить.
Удаление воды из тоннеля и сброс ее за пределами порталов выпол-
няется посредством водоотливных лотков (рис. 358, а), продольный
уклон которых, как правило, соответствует уклону пути в тоннеле, но
должен быть не менее 0,003. Поперечный уклон бетонного выравниваю-
щего слоя в сторону лотка — не менее 0,02. Внутренние размеры лот-
ка назначают в соответствии с гидравлическим расчетом на максималь-
но возможный приток воды, но не менее 30 X 30 см.
Для предотвращения возможности замерзания воды в лотке меж-
ду ним и наружной крышкой укладывают утепляющую засыпку
(рис. 358, б). В местности с суровым климатом конструкцию лотка
со всех сторон утепляют блоками из материала с малой теплопровод-
ностью или листами теплоизоляции (рис. 358, в),
ГЛАВА XXXI
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
§ 1. Нагрузки на подземные конструкции
Нагрузки, действующие на тоннельные обделки, подразделяются
СНиП на постоянные, временные и особые.
К постоянным нагрузкам относятся давление горных пород, соб-
ственный вес конструкции, гидростатическое давление, воздействие от
предварительного напряжения обделки и давление от зданий и соору-
жений, расположенных над тоннелем или в пределах призмы обру-
шения.
Временные нагрузки включают воздействие на конструкцию тран-
спорта, движущегося в тоннеле, а также нагрузки, возникающие в пе-
риод строительства: давление раствора, нагнетаемого за обделку,
давление щитовых домкратов и вес оборудования, закрепленного на
обделке.
Особые нагрузки возникают при сейсмических и других подобных
им явлениях.
Подземные конструкции рассчитывают на неблагоприятное сочета-
ние нагрузок. В транспортных тоннелях главным из внешних силовых
факторов является нагрузка от горного давления, для определения ко-
торой используют данные, полученные в разведочных выработках и
при эксплуатации тоннелей в аналогичных геологических условиях,
а также аналитический способ, основанный на использований гипо-
тезы проф. М. М. Протодьяконова.
Для определения величины горного давления по Протодьяконову
контур подковообразной выработки заключают в прямоугольник
(рис. 359, а), из нижних углов которого проводят направления, опре-
деляющие положение призмы обрушения. Пересечение этих направле-
ний с продолжением верхней стороны прямоугольника определяет
пролет свода давления L. Высота вывала h определяется по формуле
(XXIX.3).
Принимая (в запас прочности) вертикальную нагрузку по макси-
мальной ординате свода давления, получим величину нормативной
вертикальной нагрузки
7=?/г= ь t (XXXI.1)
где у — объемный вес породы.
Если тоннель заложен в‘слабых неустойчивых породах, где образо-
вание естественного разрушающего свода невозможно, или не удовлет-
воряется условие Н 2 h (см. § 4, гл. XXIX), — вертикальная на-
грузка учитывает вес всей толщи пород, расположенной над тоннелем,
469
д=уъьг, (XXXI.2)
/=1
где у, и ht — соответственно объемный цес породы и толщина i-ro
слоя;
п — число слоев.
Активное боковое давление породы на обделку определяют, как
для подпорной стены, к поверхности призмы обрушения которой при-
ложена вертикальная нагрузка q. Трапециевидную боковую нагрузку
приближенно заменяют равномерно распределенной нагрузкой р, рав-
ной интенсивности давления в середине высоты обделки.
Р = + tg2(45° — ф/2).
(XXXI.3)
Аналогично определяют нагрузку от горного давления на обделки
кругового очертания (рис. 359, б).
Необходимо учитывать, что при преобладающем вертикальном
давлении q боковое давление р улучшает условия работы конструкции,
противодействуя деформациям обделки, вызванным вертикальной на-
грузкой. Поэтому расчетную величину бокового давления получают,
умножая нормативную нагрузку р на коэффициент перегрузки п, мень-
ший единицы.
Собственный вес конструкции определяют по ее проектным размерам
и объемным весам материалов.
Расчет на гидростатическое давление выполняют, когда обделка
тоннеля надежно герметизирована. В этом случае объемный вес породы
определяют с учетом ее взвешенности в воде
. (XXXI.4)
где у0 — плотность твердой фазы породы;
8 — коэффициент пористости.
Нагрузка от транспортных средств, движущихся в тоннеле, обычно
передается через балластный слой и бетонную подготовку на массив
Рис. 359. Определение нагрузки от горного давления в выработках:
а — подковообразного очертания; б — кругового очертания
470
Породы в лотковой части, распределяясь по значительной еГо Поверх-
ности и не оказывая влияния на работу обделки. Каждую расчет-
ную нагрузку получают из нормативной умножением ее на соответ-
ствующий коэффициент перегрузки пг, предусмотренный СНиП.
§ 2. Особенности статической работы тоннельной обделки
Обнаженные подземной выработкой породы не только передают
на конструкцию горное давление, но работают с ней совместно, про-
тиводействуя деформациям обделки в сторону породы. Для обеспече-
ния совместной работы необходим плотный контакт между обделкой и
породой, который достигается благодаря нагнетанию за конструкцию
песчано-цементного раствора.
Способность породы деформироваться характеризуется модулем
общей деформации Ео и коэффициентом поперечной деформации у,0,
которые используются в методах расчета подземных конструкций
(предложенных проф. С. С. Давыдовым и доктором техн, наук
С. А. Орловым), основанных на применении теории упругости.
До настоящего времени в расчетах подземных конструкций обычно
применяется более простой способ оценки упругих свойств породы,
основанный на использовании теориц местных деформаций, вытекаю-
щей из гипотезы Винклера о прямой зависимости между напряжениями
• в породе и ее деформациями:
а = k8, (XXXI.5)
где k — коэффициент, упругого отпора породы;
6 — деформация породы под действием вдавливающегося в нее
тела.
Под действием преобладающего вертикального горного давления
верхняя часть обделки прогибается во внутреннюю сторону (рис. 360).
Область, в которой деформации конструкции направлены внутрь вы-
работки и не встречают противодействия породы, называют зоной
отлипания. Эта зона определяется центральным
углом 2а, величина которого зависит от крепо-
сти породы и упругих свойств обделки. Она
находится в пределах от 90° для крепких пород
до 150° для слабых неустойчивых пород.
В то же время стенки тоннеля стремятся де-
формироваться в наружную сторону, встречая
от породы упругий отпор. Область, в которой
деформации обделки направлены к породе, на-
зывают зоной упругого отпора.
Вообще границы между зоной отлипания и
зоной упругого отпора, определяемые углом 2а,
неизвестны. При расчете тоннельной обделки
величиной угла 2а задаются и уточняют его
значение по результатам расчета, когда появ-
Рис. 360. Схема взаи-
модействия обделки и
породы:
1 — зона отлипания; 2 —
зона упругого отпора
471
ляется возможность определить направление перемещений частей
обделки.
Существует ряд способов учета упругого отпора в статических
расчетах обделок. Одни основаны на первоначальном задании формы
эпюры отпора. В других — распределенный упругий отпор породы за-
меняется действием отдельных упругих опор, поставленных по наруж-
ной поверхности отделки, как, например, в расчетах по методу
проф. С. С. Давыдова или в способе Метрогипротранса (см. § 5
гл. XXXI). При правильной оценке упругих свойств породы точность
расчета зависит от частоты расположения опор, которая при использо-
вании ЭВМ не ограничивает возможностей проектировщика.
§ 3. Основные расчетные схемы обделок,
сооружаемых закрытым способом
Расчетная схема конкретной конструкции есть такая абстрактная
система, которая максимально приближается к заданной конструкции,
но отличается от нее некоторыми допущениями, не искажающими суще-
ственно ее статическую работу и позволяющими применить для рас-
чета известные методы строительной механики. Принятые в расчетной
схеме допущения и.упрощения должны обеспечивать запас прочности
конструкции.
Одним из важных достоинств любой строительной конструкции
являются ясность ее расчетной схемы. Если расчетную схему конструк-
ции составить затруднительно, то трудно предсказать, как будет ра-
ботать конструкция и как рациональнее использовать в ней материал.
В составлении расчетной схемы проявляются искусство и знания
проектировщика. От качества расчетной схемы, ее соответствия задан-
ной конструкции зависит и достоверность результатов расчета, ника-
кая тщательность выполнения которого не может компенсировать по-
грешностей, допущенных в расчетной схеме.
Затруднения при составлении расчетных схем подземных конструк-
ций возникают обычно в учете взаимодействия обделки и породы. Оче-
видно, с точки зрения обеспечения запаса прочности конструкции
лучше недоучесть упругий отпор* породы на тех участках, где его про-
явление сомнительно.
Тоннельные обделки принадлежат к конструкциям, протяжен-
ность которых значительно превосходит размеры их поперечного сече-
ния. Поэтому, если нагрузка и свойства упругого основания по длине
тоннеля не изменяются, то для расчета удобно выделить участок кон-
струкции — кольцо размером по продольной оси в 1 м.
Простейшая расчетная схема (рис. 361, а) соответствует конструк-
ции в виде сравнительного пологого бесшарнирного свода, пяты кото-
рого упруго заделаны в породе (см. рис. 346): учитываются их поворот
у и горизонтальное перемещение А под действием нагрузки; верти-
кальные перемещения обеих пят при одинаковых условиях их опира-
ния равный поэтому не учитываются, так как они не оказывают влия-
ния на статическую работу свода. Подобные конструкции, как пра-
472 z
вило, работают в зоне отлипания. Если вблизи пят имеется незначи-
тельная область упругого отпора, то в запас прочности конструкции
ее не учитывают.
Расчетная схема незамкнутой подковообразной обделки (рис. 361, б)
соответствует конструкции подъемистого свода. Согласно методике
Метрогипротранса криволинейный контур обделки заменяется вписан-
ным ломаным, а распределенные силовые воздействия как активные,
так и пассивные заменяются сосредоточенными силами, приложенными
в узлах системы. Жесткость каждого стержня принимается равной
средней жесткости заменяемого им элемента обделки. Горизонтальное
перемещение подошвы стены исключается ее заглублением и силами
трения между подошвой и основанием. Поворот подошвы- на угол у
возможен благодаря ее упругой заделке в породе.
Расчетная схема незамкнутой подковообразной обделки справед-
лива также и для замкнутой конструкции с обратным сводом, так как
этот элемент сооружается в последнюю очередь и не оказывает влияния
на работу обделки, которая к этому времени уже восприняла нагрузку
от горного давления и приобрела соответствующие деформации.
Методика Метрогипротранса пригодна для расчета большинства
подземных конструкций, в том числе и для обделок кругового очерта-
ния из чугунн ых тюбингов (см. рис. 352)/ расчетная схема которых
473
принимается в виде упругого кольца, работающего под действием вер-
тикальной и горизонтальной нагрузок в упругой среде (рис. 361, в).
£сли чугунная обделка заложена в слабых неустойчивых породах
(ил, плывун), не способных обеспечить отпор, принимается расчетная
схема упругого кольца, работающего в свободно деформируемой среде
(рис. 361, г).
Для обделки из железобетонных блоков с шарнирными стыками
С. А. Орловым предложена расчетная схема (рис. 361, д), близкая
к расчетной схеме кольца' в упругой среде и отличающаяся от нее на-
личием шарниров в местах соединения блоков.
Как правило, тоннельные конструкции являются системами с боль-
шой степенью статической неопределимости.
§ 4. Расчет пологого свода
Расчет обделки в виде пологого бесшарнирного свода (см.
рис. 346, а) выполняется методом сил. Основную систему (рис. 362)
в виде двух криволинейных консолей получаем, сделав разрез в замке
обделки и приложив в этом месте неизвестные усилия: изгибающий
момент Xi и нормальную силу Х2. Ввиду симметрии системы и нагрузки
третье неизвестное — поперечная сила Хз — равно нулю.
Рассматривая единичные и грузовое состояния основной системы
(рис. 362, б—г), определяют усилия в этих состояниях, которые необ-
ходимы для нахождения соответствующих перемещений.
Перемещения основной системы определяются по формуле
+ (XXXI.6)
где М и N — момент и нормальная сила в поперечном сечении
стержня;
i и k — номер единичного или грузового состояния;
I и F -— момент инерции и площадь поперечного сечения
стержня;
Е — модуль упругости материала обделки;
S — длина оси полусвода.
а) В) В) г)
Рис. 362. К расчету пологого свода:
а —основная система; б и в « единичные состояния, г — грузовое состояние
474
Рис. 363. Составляющие пере-
мещений пяты пологого свода
а —от единичного момента, б — от
единичной нормальной силы, в — от
.усилий в грузовом состоянии
Учет влияния нормальных сил необходим воеводах, у которых
отношение высоты к пролету h!L меньше 0,25. При больших значениях
этого отношения влияние нормальных сил на величины перемещений
становится незначительным и для их вычислений допустимо пользо-
ваться формулой
6гк=J dS. (XXXI.7)
о
В системе канонических уравнений:
ХхбцН-Х261а + А1р + ?=0; | . (XXXI.8)
Xi ^12 + А'г S22 + ^2Р 4-/гу + ^ = 0 J
где А — перемещение основной системы от внешней нагрузки, пер-
вое уравнение отрицает возможность поворота замкового сечения,
второе — его горизонтальное перемещение. Величины у и и учитывают
угол поворота и горизонтальное смещение пяты, определяемые из
выражений:
T=X1Yi4-X2(724-/iT1) + yp; + + + (XXXI.9)
Значение составляющих угла поворота и горизонтального перемеще-
ния (рис. 363) находим из выражений:
Yi=T^F; wi=°; Т2 = «1 = 0;
кп *п
_ cos2 а . _ Мпр . __ AZnp cos а
. г. > Тр — 7 ", > ир----7 JJ >
kn Fn kn ‘п kn FIJ
где П — индекс характеристик для пяты свода;
k — коэффициент упругого отпора;
/ — момент инерции;
F — площадь поперечного сечения.
Подставляя значения (XXXI.9) в канонические уравнения
(XXXI.8), получим окончательные выражения последних:
Xi (^и + 7i) + Х2 (612 + уа + /z7i) + Aip + 7Р=0; 1
^i(62i + w1 + /i7i)+X2 (622 + «24-2/i«1 + /i2T1)+ (XXXI. 10)
+ ^грН-^’р + ^р^О' J
475
Решение уравнений (XXXI. 10) дает значения изгибающего момента
Xi и нормальной силы Х2 в замке обделки. Усилия в произвольных
сечениях конструкции определяются по формулам:
Мт Мтр Xi-j-Х2 ymf 1 (XXXI 11)
~ ^тр + Х2 COS фт, J ,
где МтР и NmP — усилия в рассматриваемом сечении в основной сис-
теме в грузовом состоянии;
Ут — ордината центра рассматриваемого сечения;
Фт — угол между плоскостью сечения и осью симметрии
свода.
Проверка правильности эпюр внутренних усилий проводится обыч-
ными приемами строительной механики — сопряжением их с эпю-
рами от единичных воздействий. В результате сопряжений получаем
величину перемещения, которую имеет система в направлении прило-
женного единичного воздействия.
§ 5. Расчет обделки способом Метрогипротранса
В расчете способом Метрогипротранса используется метод сил.
Степень статической неопределимости расчетной схемы определяется
числом узлов, к которым примыкают упругие опоры, с добавлением
верхнего узла. Основная система (рис. 364) для расчетной ёхемы, при-
нятой согласно рис. 361, б, получается введением шарниров в указан-
ных узлах с одновременным приложением неизвестных усилий —
парных изгибающих моментов Хх, Х2, ..., Хп. В связи с симметрией
системы и нагрузки лишние неизвестные усилия, расположенные сим-
метрично относительно вертикальной оси, равны между собой и опре-
деляются из решения системы канонических уравнений:
Х1би + Х2б124- ... + Xn б1п + Aip = 0; j
^1621+^2^22 + ••• + ^n62n+Д2Р=О; I (XXXI12)
Xi 6zit+ ^2 6п2 + • • • + Хп (6ПП + уп) + Апр — 0, J
гдебгкиА?р—соответственно единичные и грузовые перемещения
основной системы;
уп — угол поворота подошвы стены под действием единично-
го момента, определяемый из выражения
тл=г+’ ' ' (XXXI.13)
^П1П
Кп — коэффициент упругого отпора в основании стены;
In — момент инерции подошвы стены.
Перемещения 8ih определяются по формуле
^=2 f^^dS + 2^-^ (XXXI.14)
J Elm EFm Dm
476
~ соответственйо изгибающие момейты, Нормальные
zvife, /vft, Kk) силы и реакции в упругих опорах от действия пар-
ных единичных моментов, приложенных в точках
i и k\
1т, Рт и ат — соответственно момент инерции, площадь попереч-
ного сечения и длина т-го стержня основной сис-
темы; <
Dm — характеристика упругости опоры, определяемая по
формуле
Ьт - kbam\ (XXXI. 15)
k — коэффициент упругого отпора;
b — расчетная длина участка обделки (6 = 1 м).
Усилия в основной системе определяют, начиная с ее верхней части,
представляющей трехшарнирный свод.
Усилия в шарнирной цепи, примыкающей к трехшарнирному своду,
находят последовательным вырезанием узлов, начиная с верхнего.
При этом в грузовом состоянии р, а также в единичных состояниях 1
и2 (см. рис. 364) к верхнему узлу 2 шарнирной цепи прикладываются
усилия от трехшарнирного свода в виде его реакций Нг и Уг с проти-
воположным знаком.
Из решения системы канонических уравнений (XXX 1.12) опре-
деляются величины изгибающих моментов, действующих в отмечен-
ных узлах конструкции.
Значения изгибающих моментов в сечениях верхней части обделки
(выше точки 2 см. рис. 361), а т^кже величины нормальных сил в стерж-
Рис. 364. Основная си- Рис. 365. К расчету тоннельной обделки методом пе-
стема подковообразной ремещений
обделки ПО методу СИЛ «-расчетная схема; б —основная система
477
йяХ и реакций 6 упругих опорах находят йз выражений:
Mm==Al7np4-SAfmnXn; j
Nm=Nmp+ZNmnXn-, (XXXI.16)
Rm — Rmp + 2#TOnXn, J
где Mmp, NmP> RmP — изгибающий момент, нормальная сила и реак-
ция в т-ом стержне основной системы в гру-
зовом состоянии;
Mmn, ^mn> Rmn — соответствующие усилия в m-ом стержне
в единичном состоянии п.
Проверка правильности эпюр внутренних усилий проводится со-
пряжением их с эпюрами от единичных воздействий так же, как и при
расчете пологого свода (см. § 4 гл. XXXI).
Расчетная схема Метрогипротранса пригодна не только для расче-
тов по методу сил, но также и для расчетов по методу перемещений
в форме, разработанной докт. техн, наук Н. Н. Шапошниковым.
При выполнении расчетов на ЭВМ метод перемещений имеет сущест-
венное преимущество перед методом сил, заключающееся в значитель-
ных упрощениях трудоемкого процесса вычисления коэффициентов
канонических уравнений.
В расчетной схеме по методу перемещений (рис. 365, а) упругие
опоры (пружинки), собирающие упругие свойства основания с полови-
ны длины стержня, направлены перпендикулярно его оси и распола-
гаются по концам стержня. Основная система (рис. 365, б) получается
наложением на каждый узел связей, препятствующих, его повороту,
горизонтальному и вертикальному перемещению. Пружинки в основ-
ной системе условно не показаны.
ГЛАВА XXXII
ПРОХОДКА ЭЛЕМЕНТОВ
ТОННЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ
§ 1. Фронт тоннельных работ
В связи со значительной трудоемкостью подземных'работ и с узостью
их фронта продолжительность сооружения тоннеля зачастую лими-
тирует время окончания строительства всей дороги. Поэтому для сок-
ращения срока окончания тоннельных работ применяют'комплексную
механизацию трудоемких процессов, а при проходке длинных тоннелей
для этой же цели необходимо всемерное расши-
рение фронта подземных работ открытием допол-
нительных забоев.
В слабых породах тоннельную выработку рас-
крывают по частям (рис. 366) с немедленным за-
креплением обнаженного массива временной
крепью. Вначале проходят нижнюю штольню 1.
Из нее при помощи вертикальных или наклонных
ходков 2 открывают забой верхней штольни 3, на
-базе которой раскрывают верхнюю часть выработ-
ки — калотту 4. Затем разрабатывают породу в
средней штрос се 5 и в последнюю очередь — в бо-
ковых штроссах 6.
Обычно строительство тоннеля начинают с
обоих порталов 1 и 13 (рис. 367) проходкой на-~
правляющих штолен 4 и И. На базе направляющей штольни со сто-
роны портала 1 открыты два дополнительных фронта работ по про-
ходке калотты 2 и 3 в противоположных^направлениях. В пониженной
части массива проходят вспомогательную вертикальную шахту 6, из
которой также открывают два забоя 5 и 7. Эта шахта при эксплуа-
тации тоннеля может быть использована как вентиляционная. Если
трасса тоннеля" проходит вблизи косогора, дополнительные забои 8
и 10 могут быть открыты через штольню-окно 9.
Рис. 366 Очеред-
ность раскрытия
элементов подзем-
ной выработки
Рис. 367 Открытие дополнительных забоев при помощи вспомогательных, выра-
боток
479
В устойчивых породах элементы выработки укрупняют: калотту
раскрывают без предварительной проходки верхней штольни, раскры-
тие средней и боковых штросс проводят в один прием.
В очень крепких породах, где постановка временной крепи не тре-
буется, возможно одновременное раскрытие выработки на полный
профиль без членения ее на элементы.
§ 2. Крепление врезки и проходка направляющей штольни
Проходческим работам должны предшествовать устройство подход-
ной выемки и крепление врезки в лобовой откос, в котором предва-
рительно снимают верхний слой, сложенный из слабых выветриваю-
щихся пород.
Крепление врезки (рис. 368) выполняют из бревенчатых рам 1,
подпирающих щиты из досок и брусьев 2 и 3. Перекрытие врезки 4
состоит из нескольких слоев бревен, поверх которых укладывают кам-
ни и мягкий грунт 5, предохраняющие установленную крепь от ударов
кусками породы в случае их скатывания с лобового откоса.
Основой штольневой крепи служат рамы из бревен 6. Верхний эле-
мент рамы-—верхняк—соединяется со стойками врубкой «в лапу» или
«в шор».
Бревна скрепляют скобами. Штольневая рама подпирает креп-
ление кровли из досок — марчеван 7, передние концы которых опи-
раются на поперечную доску — филату 9. Последняя прижимается
к марчеванам клиньями 8.
В слабых породах мачеваны, заложенные поверх филаты, забивают
в массив и под защитой марчеван по мере их продвижения разрабаты-
вают породу. При полном заглублении марчеван одного посада под
их передние концы подводят верхняк новой штольневой рамы и цикл
работ повторяется в очередной заходке.
В скальных породах, в которых кровлю хотя бы на непродолжи-
тельное время можно оставить без крепления, доски не забивают,
а закладывают после освобождения пространства каждой заходки или
ее части от породы.
Рис. 368. Схема крепления врезки и направляющей штольни:
1 — бревенчатые рамы; 2 и 3 — щиты из досок и брусьев, 4 — перекрытие врезки, 5 — за-
полнение камнем; 6 — рамы из бревен; 7 — марчеваны; 8 — клицья; 9 — филата
430
Кровлю затягивают досками всплошную. Бока выработки закреп-
ляют сплошной затяжкой тольков слабых породах.
В породах средней крепости стены выработки крепят досками, рас-
положенными вразбежку. В крепких породах стены выработки могут
оставаться незакрепленными.
§ 3. Раскрытие калотты
В слабых породах раскрытие калотты (рис. 369, а) производят на
базе верхней направляющей штольни, в которой разбирают доски,
крепящие боковые части выработки, верхняк 1 берут на подхват уста-
новкой вблизи его концов рядом со стойцами пары верхних прогонов —
лонгарин 2, под которые подводят новые стойки, после чего стойки
штольневой рамы убирают. Поверх лонгарин забивают первый посад
марчеван 3 в направлении, перпендикулярном оси тоннеля, под него
подводят следующую пару лонгарин и так до полного раскрытия
калотты.
Работы в калотте и в других элементах выработки производят коль-
цами — участками длиной 3—6 м, в пределах которых выполняют
одну производственную операцию, например, раскрытие выработки
или бетонирование обделки.
Проходка калотты в породах средней крепости (рис. 369, б) может
выполняться при отсутствии направляющей штольни, благодаря чему
достигается определенная экономия, так как разработка породы в огра-
ниченном пространств^ малых выработок средствами малой механиза-
ции обходится дороже, чем в больших выработках. В этих условиях
рационально использовать стальные элементы крепи в виде проход-
ческих дуг 4 из старых узкоколейных рельсов, кружальных дуг 5 из
швеллеров и распорок-наездников 6, сваренных из швеллеров. Все на-
ездники имеют одинаковые размеры, но благодаря различным клиньям
7 позволяют установить кружальную дугу от проходческой на различ-
ных расстояниях, обеспечивая проектные размеры свода. Дуговая ме-
таллическая крепь в меньшей степени, чем деревянная, стесняет внут-
реннее пространство выработки и позволяет расположить марчеваны 8
в кровле калотты параллельно оси тоннеля, уменьшая перебор породы.
Рис 369 Схема временной крепи калотты:
а — из деревянных элементов; б — со стальными дугами
16 Зак. 1298 481
В крепких скальных породах, где элементы выработки укрупняют,
используют полигональную крепь из брусьев или арочную из стальных
элементов. Эти конструкции служат опорой для досок затяжки кровли,
вместо которых можно установить стальную сетку, предохраняющую
от незначительных местных вывалов. Полигональная и арочная крепи
в меньшей степени стесняют внутреннее пространство выработки,
чем деревянная, применяемая в слабых породах.
§ 4. Анкерная крепь
Новым и весьма эффективным видом временной крепи подземных
выработок, не стесняющей их внутреннее пространство, является
анкерная (штанговая) крепь (рис. 370), область применения которой
распространяется на все скальные породы. Анкерный стержень Z
закладывают в предварительно пробуренное в породе цилиндрическое
отверстие — шпур и закрепляют вблизи дна шпура или по всей его
длине. Анкеры, заделанные в горный массив, скрепляют его части,
разделенные слоями и трещинами, значительно повышая устойчивость
обнаженных горных пород.
В слабых породах анкеры поддерживают металлические дуги,
за которые закладывают доски затяжки кровли. В породах средней
крепости и крепких к анкерам подвешивают стальную сетку 2.
Наибольшее распространение получили стальные и железобетон-
ные анкеры. Стальные анкеры клинощелевого типа отличаются прос-
тотой изготовления. Однако в связи с небольшой поверхностью кон-
такта головки анкера и породы несущая способность таких анкеров
невелика. Значительно большей несущей способностью обладают сталь-
Рис. 370 Анкерная крепь:
« — схема крепи; б — конструкция стального анкера, в — то же железобетонного, 1 — анкер;
2 —стальная сетка, 3 — клин, 4 — стержень анкера; 5 — раствор, 6 — арматурный стержень-
482
ные анкеры распорного типа, у которых в головной части помещена спе-
циальная гильза, распираемая гайкой, навинчивающейся на стержень
анкера при его вращении в шпуре. Из-за подверженности коррозии
стальные анкеры сравнительно недолговечны.
Железобетонные анкеры долговечны, обладают большой несущей
способностью, но включаются в работу лишь после того, как рас-
твор в шпуре наберет достаточную прочность. Простейший анкер
(см. рис. 370, в), называемый набивным, образуется при вдвигании
стального стержня в шпур, наполненный раствором. Очевидно, высоко-
качественное заполнение раствором шпуров в кровле выработки затруд-
нительно, поэтому набивные анкеры используют для закрепления по-
роды в стенках и в подошве выработки.
Более универсальны перфорированные железобетонные анкеры,
в которых раствор укладывается в полый цилиндр из жести с отвер-
стиями, равномерно распределенными по его поверхности. Перфори-
рованный цилиндр с раствором вставляют в шпур, а затем внутрь ци-
линдра вдвигают стальной стержень, выдавливающий через отверстия
раствор, заполняющий пространство между стенками шпура и ци-
линдром.
В самое последнее время для закрепления стержня в шпуре стали
использовать полимерные материалы: на конце стержня анкера закреп-
ляется ампула, в которой отдельно помещены эпоксидная смола и от-
вердитель. Ампула раздавливается стержнем о дно шпура и ее состав
перемешивается вращением стержня. После отвердения смолы анкер
надежно закрепляется в массиве.
Расчет анкерной крепи предусматривает определение длины анке-
ров и расстояния между ними (шага анкеров).
16*
ЛАВА XXXIII
РАЗРАБОТКА И УБОРКА ПОРОДЫ
§ 1. Способы разработки породы
Разработку породы в выработках тоннелей, сооружаемых горным спо-
собом, выполняют главным образом буро-взрывным способом. Значи-
тельно реже для этой цели применяют пневматические отбойные мо-
лотки; обычно ими выравнивают контур выработки после проведения
буро-взрывных работ.
Для разработки слабых пород с коэффициентов крепости 1,5
применяют пневмолопаты, работающие по тому же принципу, что и
отбойные молотки.
Специальные проходческие машины, разрабатывающие породу
в забое на полный профиль, используют обычно при строительстве тон-
нелей кругового очертания (см. § 2 гл. XXXV).
Буро-взрывной способ разработки породы включает бурение шну-
ров, их заряжание взрывчатым веществом (ВВ) и взрывание.
Бурение шпуров производится пневматическими или электричес-
кими бурильными машинами. Первые получили наибольшее распрост-
ранение как самые простые, надежные и безопасные.
Пневматические бурильные машины — перфораторы приспособлены
для бурения с руки, с колонки или со специальной тележки — рамы.
Ручные перфораторы подразделяют на легкие — до 20 кг, средние —
до 25 кг и тяжелые — до 35 кг. Перфораторы колонковые и устанавли-
ваемые на рамах имеют массу 45—75 кг.
Для взрывания горных пород используют различные ВВ, из кото-
рых в практике отечественного тоннелестроения наибольшее распро-
странение получили аммониты, изготовляемые из аммиачной селитры
(85—88%) с добавлением нитросоединений и легковоспламеняющихся
органических веществ. Аммониты отличаются безопасностью и сравни-
тельно низкой стоимостью.
Как правило, ВВ применяют в патронированном виде.
Взрывание заряда ВВ в каждом шпуре осуществляется обычно при
помощи капсюля-детонатора, реже — посредством детонирующего
шнура. Капсюль прикрепляют к одному из патронов (обычно послед-
нему), закладываемых в шпур. При заряжении шпура этим патроном-
боевиком нужно соблюдать особую осторожность.
Капсюли-детонаторы взрывают электрическим или огневым спосо-
бом. Первый основан на накаливании проводника, вмонтированного
в капсюль. При втором способе огонь передается к ВВ детонатора
огнепроводным- шнуром. Преимущественное распространение имеет
электрический способ взрывания, при котором не ограничивается
число взрываемых шпуров и обеспечивается полная безопасность ра-
бочего-взрывника.
484
Различают электродетонаторы мгновенного и замедленного дейст-
вия. Замедление взрывания ВВ детонатора достигается установкой
между нитью накала и зарядом ВВ в капсюле порохового столбика,
передающего огонь через определенный промежуток времени.
Электродетонаторы замедленного действия обеспечивают степень
замедления*от тысячных долей секунды до нескольких секунд. Бла-
годаря равномерности взрывания групп шпуров достигается большая
эффективность взрыва и его меньшее сейсмическое воздействие на гор-
ный массив. Заряды, взрывающиеся без замедления или с меньшим за-
медлением, образуют для пос ледующих зарядов дополнительные плос-
кости обнажения.
Порода в забое подземной выработки имеет одну плоскость обна-
жения, если она на всех участках разработана равномерно и поверх-
ность забоя близка к вертикальной плоскости. Если, например, верх-
няя часть выработки разработана на большую глубину, а в нижней
части неразработанная порода по форме напоминает ступень, ограни-
ченную спереди вертикальной, а сверху горизонтальной плоскостями,
то в образовавшемся уступе порода имеет две плоскости обнажения.
Наконец, если этот уступ с одного из боков обнажен, то образуется
третья свободная плоскость.
Очевидно, при увеличении числа плоскостей обнажения уменьшает-
ся «зажим» породы и облегчаются условия ее разработки: требуется
меньшее количество ВВ, контуру выработки легче придать проектное
очертание.
Шпуры, пробуренные в забое (рис. 371), имеют различное назначе-
ние. В средней части располагают группу шпуров 7, называемых
врубовыми. Эти шпуры взрывают в первую очередь, образуя в забое
углубление — вруб, благодаря которому
у оставшейся части обуренной породы
создается вторая плоскость обнажения.
Существуют различные типы врубов,
конструкция которых учитывает условия
залегания горных пород. В тоннельной
практике обычно устраивают клиновые
врубы из сходящихся шпуров, угол на-
клона которых к плоскости забоя изме-
няется от 70° для мягких пород до 55°
для крепких скальных пород. Число
врубовых шпуров назначают также со-
ответственно крепости породы от 4 до 8.
Остальные шпуры 2, равномерно рас-
положенные по площади забоя, назы-
вают отбойными. В число отбойных шпу-
ров входят также контурные шпуры 3,
которые в отличие от других шпуров,
направленных перпендикулярно плоско-
сти забоя, наклонены в наружную сто-
рону так, что их концы находятся на
^проектном контуре выработки.
г
Рис. 371. Схема расположения
шпуров в забое
1 — врубовые, 2 — отбойные; 3 —
контурные
485
В результате проведения одного цикла буро-взрывных работ от
породы освобождается очередная заходка, показанная на плане выра-
ботки штриховой линией.
Поверхность выработки после взрывания породы имеет значитель-
ные неровности. Для того, чтобы избежать переборов породы или,
в случае недоборов, необходимости выравнивания выработки отбой-
ными молотками, применяют профильное (гладкое) взрывание, отли-
чающееся от рассмотренного выше конструкцией зарядов контурных
шпуров и их расположением.
При профильном взрывании число контурных шпуров увеличива-
ют, а расстояние между ними сокращают. Контурные шпуры бурят
перпендикулярно плоскости забоя без наклона в наружную сторону,
располагая их на расстоянии не далее 10 см от проектного контура вы-
работки. Для заряжания контурных шпуров используют низкобри-
зантные ВВ, патроны которых рассредоточивают подлине шпура, бла-
годаря разделению их воздушными промежутками. Такая конструкция
заряда способствует более равномерному распределению энергии
взрыва с уменьшенной скоростью начального воздействия ВВ на взры-
ваемый массив.
Число шпуров на одну заходку и необходимое количество ВВ опре-
деляют расчетом.
Глубина заходки
W = lhf\, (XXXIII.1)
где lk — длина комплекта шпуров;
т] — коэффициент использования шпура;
Т]=— , (XXXIII.2)
I — длина части шпура, разрушаемой взрывом;
/ш — полная длина шпура.
В горизонтальных выработках величина коэффициента использо-
вания шпура равна 0,8—09.
Длину шпуров назначают с учетом производительности механиз-
мов, обслуживающих цикл буро-взрывных и погрузочных работ, а так-
же из условия обеспечения устойчивости выработки, которая после
взрыва остается незакрепленной в течение некоторого времени, не-
обходимого для вентиляции, осмотра результатов взрыва, а также
оборки и выравнивания контура.
Число шпуров N определяют по эмпирической формуле, рекомен-
дованной ЦНИИС Минтрансстроя,
N= + (ХХХШ.З)
где — удельный расход ВВ на кубический метр разработанной по-
роды, кг/м3;
5 — площадь поперечного сечения выработки, м2;
d — диаметр патрона ВВ, см;
k3 — коэффициент заполнения шпура;
А — плотность ВВ, г/см3.
486
Все величины, входящие в формулу. (XXXIII.3), кроме величины
S, зависят от условий взрывания и приводятся в таблицах, содержа-
щихся в учебниках по тоннелям. Это относится и к большинству ве-
личин, входящих в последующие формулы расчета буро-взрывных
работ.
После назначения числа врубовых шпуров Мвр определяют число
отбойных и контурных шпуров
N0T6 = N — Nbs. (XXXIII.4)
Количество натренированных ВВ, потребных на одну заходку,
Q = 2отб + Свр- (XXXII 1.5)
Масса ВВ, приходящаяся на 1 пог. м шпура с учетом степени его
заполнения,
<7=-^, (XXXIIL6)
где g — масса патрона ВВ, кг;
k3 — коэффициент заполнения шпура;
/п — длина патрона, м.
Количество ВВ, потребного для заряжания отбойных и контурных
шпуров,
Сотб ~ ^отб^Л (XXXIII.7)
Для врубового шпура, взрывающегося в условиях большего зажи-
ма породой, назначают заряд на 20% больший, чем для отбойного.
Масса зарядов врубовых шпуров
<?вр= 1,2 MBPZ^. ’ (XXXIII.8)
Целесообразно и для нижних контурных шпуров, взрывающихся
при завале их породой, назначать заряды, усиленные так же, как и
заряды врубовых шпуров.
§ 2. Погрузка породы
После взрывания, проветривания, осмотра забоя и оборки профиля
приступают к погрузке породы в транспортные средства. Эта операция
в проходческом цикле является самой трудоемкой и обычно полностью
механизируется.
Породопогрузочные машины имеют сравнительно небольшие раз-
меры и специально приспособлены для работы в стесненном простран-
стве подземной выработки. В тоннельном строительстве используют
пневмоприводные и электроприводные машины.
При небольших объемах работ, например в штольнях, иногда при-
меняют полумеханическую нагрузку при помощи перегружателей,
сконструированных на базе транспортеров. Приемная воронка транс-
портеров расположена очень низко (35—40 см), поэтому производи-
487
тельность ручной погрузки на транспортер лопатами больше, чем руч-
ная погрузка непосредственно в вагонетку высотой ~ 120 см.
При разработке выработки по частям породу из верхнего забоя
можно направлять в вагонетки, стоящие на путях нижнего горизонта
проходки, по лоткам самотеком. Для перемещения породы от забоя
к лоткам или фурнелям в верхнем горизонте применяют скреперы.
К числу пневмоприводных относится машина ПМЛ-5 (рис. 372, а),
которая перемещается и работает на узкоколейном рельсовом пути.
Со стороны, противоположной ковшу-лопате /, машина имеет устройст-
во для сцепки с вагонеткой 3. Рабочий цикл машины, сцепленной с ва-
гонеткой, состоит из наезда на отвал породы с внедрением в него ков-
ша и опрокидывания ковша через корпус 2 в вагонетку.
Для увеличения фронта погрузки корпус машины вместе с лопатой
может поворачиваться относительно оси пути на 30° в каждую сторону.
Техническая производительность машйны ПМЛ-5 равна 25 м3/ч.
Эта погрузочная машина отличается простотой конструкции, неслож-
ностью управления и безотказностью в работе. Воздух, отработавший
в ее двигателях, дополнительно рсвежает атмосферу выработки. Глав-
ными недостатками машины ПМЛ-5 являются значительная рабочая
высота, обусловленная верхним положением ковша над корпусом во
время погрузки, низкий к. п. д. и значительный шум, производимый ее
двигателями при работе.
Электроприводная погрузочная машина ППМ-5 (рис. 372, б) также
перемещается и работает на узкоколейном рельсовом пути. Машина
оборудована поднимающимся ковшом, с которого порода поступает
на небольшой транспортер. Под выступающей за пределы машины
хвостовой частью транспортера помещается вагонетка, соединенная
с выдвижным сцепным устройством.
Техническая производительность погрузочной машины ППМ-5
равна 50 м3/ч. Ее ковш имеет возможность поворачиваться в каждую
сторону на 50°, чем обеспечивается широкий фронт цогрузки. Машина
имеет высокий к. п. д., но требует более квалифицированного обслужи-
вания, чем машина с пневмоприводом.
Возможный подъем транспортера машины ППМ-5 поворотом на
угол, достигающий 25°, позволяет одинаково успешно вести погрузку
в вагонетки различной высоты и емкости. Кроме того, этот транспор-
тер может поворачиваться и в горизонтальной плоскости на 7° в каж-
Рис. 372. Схемы машин для погрузки породы:
а — ПМЛ-5; б-ППМ-5
488
дую сторону, что позво ляет вести погрузку не только в вагонетки,
стоящие на пути вслед за машиной, но также и в вагонетки на сосед-
нем пути.
В сочетании со вторым транспортером машина ППМ-5 позволяет
вести непрерывную погрузку. В этом случае разработанная порода
с транспортера машины подается на другой транспортер, под который
заходит без расцепки порожний состав. По мере заполнения вагонеток
состав перемещается электровозом до тех пор, пока не будет полностью
загружен. Для того, чтобы работа машины не прекращалась также и
во время смены составов, порода со второго транспортера сгружается
в промежуточный бункер, поднятый над путями и выполняющий роль
накопителя.
Для погрузки породы в выработках большого поперечного сечения,
например в двухпутных железнодорожных и автодорожных тоннелях,
находят применение экскаваторы на гусеничном ходу. С целью сниже-
ния рабочей высоты и увеличения производительности тоннельные
экскаваторы оборудуются не прямой, а телескопической совковой ло-
патой, которая загружается разрушенной породой за одно черпание.
Производительность погрузки экскаватором в тоннеле достигает 100—
200 м3/ч. Работа экскаватора хорошо сочетается с погрузкой в авто-
самосвалы.
Производительность погрузки машиной (в м3/ч) с учетом реальных
условий процесса определяется по формуле
Р=-----------. (XXXIII.9)
И) nVinJ
где ср = 0,804-0,85 — коэффициент использования машины;
/, и /2 — соответственно продолжительность цикла ма-
шины, смены вагонеток и составов, мин;
V и — емкость ковша машины и вагонетки, м3;
т] = 0,5—0,8 — коэффициент заполнения ковша машины;
^ = 0,94-1,0 — то же вагонетки;
k — коэффициент разрыхления породы, изменяю-
щейся от 1,1 для сыпучих пород до 2,2 для
скальных пород;
п — число вагонеток в составе.
Производительность непрерывной погрузки, например на транс-
портер, значительно выше:
P=^L • (XXXIII.10)
§ 3. Тоннельный транспорт
Тоннельный транспорт необходим для перевозки разработанной
породы от забоя, за пределы тоннеля в отвал и для подвоза строитель-
ных материалов и оборудования с поверхности в подземную выработ-
ку. В строительстве тоннелей, особенно важна бесперебойность в ра-
489
Рис 373 Схемы вагонеток
я — глухой, б — опрокидной
боте транспорта, так как в самой выработке нет места для хранения ма-
териалов, и любая задержка в перевозке грузов влечет за собой необхо-
димость приостановки работ. Обычно в подземном строительстве ис-
пользуют рельсовый транспорт узкой колеи.
В выработках большого поперечного сечения, например двухпут-
ных железнодорожных и автодорожных тоннелей, успешно применяют
-автосамосвалы. При комплексной механизации проходческих работ
используют конвейерный транспорт, позволяющий отдалить место
погрузки породы в вагонетки от забоя и организовать непрерывную
погрузку.
Рельсовый транспорт в подземных выработках обычно устраивают
двухпутным из рельсов типов Р11, Р15, Р18, Р24 и Р38. Ширина ко-
леи — 600, 750 и 900 мм. Для наращивания пути у забоя используют
вставки-времянки (рубки)^из рельсов длиной от 1 до 4 м, которые по
мере накопления заменяют целыми звеньями рельсов длиной 7 или
8 м. Вместо последовательного наращивания пути у забоя часто при-
меняют выдвижные звенья различной конструкции.
Для перевозки грузов и оборудования используют вагонетки
(рис. 373) и платформы. Наибольшее распространение имеют вагонет-
ки с глухим кузовом емкостью до 2,1 м3, требующие для разгрузки
специальные опрокидыватели, и саморазгружающиеся вагонетки
с опрокидным кузовом емкостью до 1,1 м3.
Для откатки составов обычно используют контактные (троллей-
ные) электровозы, получающие электроэнергию от воздушной кон-
тактной сети, подвешенной на высоте не менее 2,2 м от уровня головки
рельса. Реже используют аккумуляторные электровозы, питающиеся
от аккумуляторов, расположенных на локомотиве. При небольших
объемах перевозки грузов на прямых коротких участках с уклоном
i ЗО°/оо применяют канатную откатку тяговыми лебедками.
ЛАВА XXXIV
СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ ГОРНЫМ СПОСОБОМ
§ 1. Способы постройки тоннелей в слабых породах
Сооружение тоннелей горным способом в основном состоит из процес-
сов, связанных с освобождением выработки от породы и возведением
бетонной обделки.
Горный способ постройки объединяет ряд способов работ, изменяю-
щихся в зависимости от свойств проходимых пород и размеров тоннеля.
Каждый из этих способов основан на разработке породы в выработке по
частям с немедленной установкой временной крепи. Также по частям
возводится и бетонная обделка.
Основные тоннельные работы выполняют по принципу организа-
ции работ поточным или кольцевым способами. По первому способу
отдельные работы, например разработку породы, бетонирование об-
делки и раскружаливание, ведут с некоторым отставанием друг от
друга, параллельно, со скоростью, равной скорости продвижения за-
боя. При кольцевом способе расширение выработки и кладку обделки
ведут в пределах коротких участков — колец длиной 3—6 м, разде-
ленных между собой неразработанным массивом длиной в 2—3 коль-
ца. Работы в соседнем кольце начинают после достижения бетоном об-
делки предыдущего кольца достаточной прочности. Кольцевой способ
применяют, когда устойчивость породы в выработке, раскрытой на
большой длине, сомнительна. По порядку расширения и закрепления
выработки различают три основных способа производства работ.
Способ полностью раскрытого профиля за-
ключается в последовательной разработке породы в отдельных участках
выработки до полного раскрытия всего сечения и в последующей
кладке обделки (рис. 374, а). Раскрытие выработки ведут сверху вниз,
а кладку обделки — непрерывно снизу вверх от пят конструкции до
ее замка.
Рассмотренный способ постройки применим в широком диапазоне
естественных условий от самых слабых пород (песков, глин) до сравни-
тельно устойчивых пород с коэффициентом крепости f = 1,5. Возмож-
ность бесперебойного сооружения обделки исключает необходимость
в рабочих швах, снижающих качество конструкции. Однако при по-
стройке тоннеля способом полностью раскрытого профиля расходуется
большое количество крепежного лесоматериала, а конструкция тон-
нельных ферм, установленных в раскрытой выработке, отличается
сложностью. Временная крепь сильно загромождает пространство
выработки, затрудняя применение механизмов для ведения работ.
Кроме того, при монтаже тоннельных ферм приходится выполнять
несколько перекреплений с заменой ранее установленных стоек и опи-
491
раннем верхних элементов на бревна, подводимые снизу. При этом не-
избежно возникают нежелательные осадки кровли выработки.
Способ опертого свода предусматривает сооружение
в первую очередь верхней части обделки — свода (рис. 374, б), под за-
щитой которого выполняют все работы ниже калотты.
Возможны несколько вариантов этого способа. Одни из них основа-
ны на использовании обычной деревянной крепи. В этих случаях про-
ходят нижнюю и верхнюю штольни или, в коротких тоннелях, только-
верхнюю штольню, на базе которой раскрывают калотту. Современный
вариант основан на использовании для временной крепи калотты сталь-
ных дуг. При этом надобность в верхней штольне отпадает, а нижня'Я
штольня необходима только при проходке двухпутных железнодорож-
ных и других тоннелей большого поперечного сечения, когда она ис-
пользуется для транспорта породы, разработанной в калотте и направ-
ленной вниз через фурнели.
В способе опертого свода самая ответственная операция заключается
в подводке стен под обнаженные пяты свода, набравшего проектную
прочность. Для того, чтобы исключить возможность осадки свода,
подводка стен проводится на небольших участках, а под пяту свода но-
мере ее обнажения немедленно устайавливают подпорки из бревен —
штребели. Подводку стен под каждое кольцо свода выполняют в опре-
деленном порядке (рис. 375). Разрабатывая боковые штроссы на участ-
ке длиной в половину длины кольца, одновременно подводят стены под
обнаженные четверти пят смежных колец по противоположным углам
(участки 7).
По достижении бетоном достаточной прочности аналогично про-
водят подводку стен на участках 2. Когда углы кольца свода по-
ставлены на бетонные столбы, набравшие прочность, разрабатывают
породу и подводят стену на среднем участке 3. Только эту операцию
дЬпускается проводить в противоположных стенах кольца одновремен-
но в одном поперечном сечении.
Способ опертого свода применяют при проходке в породах с коэф-
фициентом крепости f > 1,5. Он выгодно отличается от других горных
способов малым расходом материалов на временную крепь, так как
Рис 374. Постройка тоннелей в слабых породах способами:
а — полностью раскрытого профиля; б — опертого свода; в — опорн
значена очередность работ арабскими — выемка породы, римски
492
Рис 375 Очередность подводки частей стены
при способе опертого свода
после сооружения верхней
части обделки все работы
в средней и боковых штрос-
сах проводят под защитой
бетонного свода с приме-
нением высокопроизводи-
тельных механизмов. Это
важное достоинство опреде-
ляет широкое применение
способа опертого свода в
различных геологических
условиях вплоть до скаль-
ных пород средней крепости. К числу недостатков этого способа
относятся сложность подводки стен под свод, сооруженный ранее,
и наличие рабочего шва в обделке в месте соединения стены со
сводом.
Способ опорного ядра применяют при постройке ко-
ротких тоннелей большого поперечного сечения в слабых породах
с коэффициентом крепости f = 0,5—1,0. Всю обделку возводят по час-
тям в малых выработках: штольнях и калотте (см. рис. 374, в), опирая
временную крепь на среднюю часть массива — ядро, которое разраба-
тывают в последнюю очередь под защитой уже готовой обделки.
Вначале разрабатывают породу в нижней паре штолен 1, в которых
затем редут кладку нижней части стен II. Далее такие же работы на
участках 3 и IV выполняют во втором ряду штолен. Последней про-
ходят верхнюю штольню 5, раскрывают калотту 4 и бетонируют свод
VII, опирая его на готовые стены. Разработку породы в ядре 8 ведут
крупными механизмами в условиях, близких к условиям работ на по-
верхности.
Способом опорного ядра можно Строить обделки больших пролетов
в неблагоприятных геологических условиях. Стесненность работ в
штольнях компенсируется удобством разработки основной части
породы — ядра. Вместе с тем рассмотренный способ отличается срав-
нительно малыми темпами работ и низким качеством обделки, имеющей
много рабочих швов. При замкнутой конструкции обделки разработку
породы в лотковой части и укладку бетона в обратный свод выпол-
няют на небольших участках, разделенных целиками породы или
кольцами, в которых обратный свод уже сооружен и приобрел до-
статочную прочность. Такой порядок работ необходим для предотв-
ращения смещения стен внутрь выработки.
§ 2. Способы постройки тоннелей в крепких породах
При постройке тоннелей в крепких породах отпадает необходимость
в немедленной после разработки породы установке временной крепи,
которую в этих условиях принимают менее громоздкой, так как ее
назначение сводится к предотвращению образования отдельных мелких
вывалов и обрушения одиночных кусков породы с кровли. В скальных
493
породах для крепления выработки широко используют анкеры, к ко-
торым в пределах кровли прикрепляют стальную сетку.
Способы работ в крепких породах отличаются большей простотой,
чем в слабых породах, и элементы выработки здесь значительно укруп-
няются.
В отечественной практике для проходки тоннелей в крепких поро-
дах чаще других используют способ нижнего уступа (рис. 376, а),
при котором верхнюю часть выработки 1 разрабатывают с некоторым
опережением относительно нижней части 2. Наличие уступа расширяет
фронт работ в забое, позволяя проводить работы одновременно как
в нижнем, так и в верхнем горизонте без использования специальных
подмостей.
Обычно размер уступа по длине тоннеля принимают небольшим,
равным величине заходки. Благодаря этому при взрывании большую
часть породы с верхнего горизонта обрушают вниз, где ее грузят
в транспортные средства машиной, работающей в нижнем го-
ризонте.
При больших объемах разработанной породы уступ удлиняют,
чтобы и в верхнем горизонте было достаточно места для работы погру-
зочной машины, от которой удобно передавать породу на транспортер
или систему конвейеров, перекрывающих место работы вблизи нижнего
уступа. С транспортера порода подается в бункер, расположенный на
достаточном удалении от забоя нижнего горизонта. Благодаря этому
погрузка породы с верхнего горизонта не создает помех работам,
проводимым внизу.
При длинном нижнем уступе организация работ несколько услож-
няется, но создаются условия для увеличения скорости проходки.
Кладку бетонной обделки III выполняют на некотором отдалении
от забоя нижнего горизонта так, чтобы процессы разработки породы
и бетонирования не создавали взаимных помех.
Способ сплошного забоя (рис. 376, б) имеет много
общего со способом короткого нижнего уступа. Наличие одной плоскос-
сти забоя упрощает использование для бурения шпуров специальных
буровых рам с тяжелыми высокопроизводительными перфораторами,
снабженными автоматическим управлением.
494
Основные работы при этом способе включают только два процесса:
разработку породы 1 с последующей ее уборкой и кладку бетонной
обделки II.
Способ центральной штольни (рис. 376, в) несколь-
ко сложнее способов, рассмотренных выше.
Центральная штольня 1 создает дополнительную плоскость обна-
жения для породы в забое и используется для бурения шпуров, рас-
положенных веерообразно и параллельно плоскости забоя. Последний
фактор увеличивает-эффективность взрывания породы 2. Кроме того,
штрльня позволяет улучшить разведку горного массива. Кладка III
выполняется при тех же условиях, что и для сплошного забоя.
§ 3. Возведение бетонной обделки
Процессы, связанные с кладкой бетонной обделки, зависят от способа
постройки тоннеля.
При сооружении тоннеля в слабых породах обделку возводят по
частям, объем одновременно возводимых бетонных работ невелик,
поэтому для процессов, связанных с бетонированием обделки, исполь-
зуют средства малой механизации. Бетон обычно подают с поверхно-
сти в опрокидных вагонетках или в бадьях на платформах и уклады-
вают в обычную опалубку из досок через направляющие лотки. За-
грузку бетона в лотки выполняют подъемными механизмами. Уло-
женный бетон подвергают вибрированию поверхностными и глубин-
ными вибраторами.
Кладку обделки, сооружаемой в слабых породах, выполняют па-
раллельно проходке выработки с некоторым отставанием от нее. Не-
посредственно перед укладкой бетона удаляют те элементы временной
крепи, без которых оставшиеся элементы или обнаженная порода могут
находиться в равновесии хотя бы непродолжительное время.
При сооружении тоннеля в крепких породах, когда выработка
свободна от громоздкой временной крепи и обделка возводится одно-
временно от пят к замку, создаются условия для полной механизации
бетонных работ с использованием бетоноукладчиков, бетононасосов,
инвентарной передвижной и сборно-разборной опалубки.
В этих условиях, при возможности обеспечения высокого темпа
укладки бетона в обделку, бывает целесообразно отказаться от парал-
лельного способа ведения работ, приняв последовательный способ,
при котором до окончания проходки тоннельной выработки никакие
другие работы не ведут. Отсутствие помех со стороны смежных процес-
сов открывает возможность скоростной проходки. Выработка сравни-
тельно долго остается на временной крепи, преимущественно анкерной,
но в крепкой скале это, не вызывает осадок кровли. По окончании про-
ходки выработки начинают бетонирование обделки с использованием
высокопроизводительных механизмов и инвентарной опалубки. Про-
цесс бетонирования выполняется значительно быстрее, чем процесс
проходки и, несмотря на разделение этих работ во времени, благодаря
четкой и простой организации работ и обеспечения полной механиза-
495
ции общая продолжительность строительства тоннеля может оказаться
меньшей, чем при параллельном одновременном ведении работ. После-
довательная организация строительства эффективна для коротких тон-
нелей длиной до 500 м.
К бетонным работам относится также нагнетание за обделку,
цель которого — обеспечение совместной работы конструкции и окру-
жающей породы благодаря заполнению полостей между ними, остаю-
щихся после бетонирования.
Применяют последовательно два вида нагнетания: первичное и
контрольное. При первичном за обделку нагнетают песчано-цементный
раствор при помощи пневматического аппарата с давлением сжатого
воздуха 6—7 ат. Контрольное нагнетание цементного раствора выпол-
няют плунжерным насосом под давлением 9 ат.
Для нагнетания используют стальные трубки, заложенные в об-
делку при бетонировании, или отверстия, пробуренные в обделке.
§ 4- Вспомогательные работы при горном способе проходки
К числу вспомогательных работ при постройке тоннелей горным
способом относятся вентиляция подземных выработок, водоотвод и
освещение.
Необходимость вентиляции глухих подземных выработок
возникает главным образом из-за выделения вредных газов при взрыв-
ных работах. Кроме того, воздух подземной выработки загрязняется
пылью при бурении шпуров и погрузке породы. Для исключения пыле-
образования применяют промывку шпуров и смачивание разработанной
породы. При этом увеличивается влажность, снижение которой также
требует вентиляции. В выработках наблюдается нежелательное повы-
шение содержания углекислого газа, вызванное дыханием людей и
гниением элементов деревянной крепи.
Как правило, при производстве работ применяют искусствен-
ную вентиляцию с подачей свежего воздуха в выработки и удале-
нием загрязненного при помощи вентиляторов и вентиляционных
труб.
Простейшей и'самой экономичной является вытяжная система вен-
тиляции (рис. 377), при которой загрязненный воздух с включением
вентилятора 1 всасывается трубой 2, расположенной вблизи забоя.
При такой системе вентиляции на поверхность по трубам перемещается
загрязненный воздух из призабойного пространства в сравнительно
небольшом объеме, а к забою поступает тоннельный воздух, уступаю-
щий по качеству свежему воздуху на поверхности. Кроме того, при вы-
тяжной системе процесс перемещения воздуха в выработке происходит
плавно без перемешивания и в углах выработки у забоя могут остаться
нетронутые вентиляцией скопления вредных газов.
При нагнетательной системе вентиляции (рис. 377, б) свежий воз-
дух по трубе 2 сразу подается в призабойное пространство, перемеши-
вая и вытесняя загрязненный воздух, который перемещается от забоя
к порталу, исключая возможность ведения каких-либо работ во всем
496
тоннеле до полного удале-
ния вредных газов. При
такой вентиляции значи-
тельно увеличивается
объем нагнетаемого возду-
ха, а следовательно, и про-
должительность всего про-
цесса.
Комбинированная систе-
ма вентиляции (рис. 377, в)
представляет собой сочета-
ние вытяжной и нагнета-
тельной систем и обеспе-
чивает быструю и полную
очистку призабойного про-
странства без загрязнения
воздуха во всем тоннеле.
Для увеличения эффектив-
ности вентиляции и умень-
шения зоны распростране-
ния вредных газов на рас-
стоянии 30—50 м от забоя
б)
Рис 377 Схемы ^вентиляции глухих выработок
а — вытяжная, б — нагнетательная, в — комбиниро
ванная
устанавливают сплошную
фанерную или брезентовую перемычку 3, периодически передвигаемую
вслед за продолжением забоя. Для предупреждения просачивания
вредных газов через перегородку производительность вытяжного вен-
тилятора назначают на 10—15% больше, чём у нагнетательного.
Расчет вентиляции глухих выработок выполняют по эмпирическим
формулам, которые позволяют найти количество свежего воздуха,
необходимого для разбавления вредных газов до безопасной концент-
рации. При отсутствии взрывных работ приточную вентиляцию про-
ектируют из расчета подачи на 1 чел , работающего в выработке, 6 м3
свежего воздуха в минуту.
Объем воздуха (в м3) по максимальному числу работающих людей
Q = 6 пг,
где п—максимальное число одновременно занятых людей;
z—коэффициент запаса (z = 1,2ч-1,5).
Водоотводе тоннельных выработках, уклон которых направ-
лен в сторону портала, проходит благодаря естественному стоку по ка-
навке, устроенной по оси выработки или сбоку.
При проходке под уклон выработку разделяют на отдельные бьефы,
в пределах которых воду по канавкам направляют в водосборники —
и далее насосами по трубам за пределы тоннеля.
Освещение в выработках — электрическое, в соответствии
с нормами освещенности отдельных рабочих мест. Напряжение в сети
не должно превышать 36 В. В сырых выработках, а также при
переносном аккумуляторном освещении применяют напряжение не
более 12 В.
17 Зак. 1298 497
ГЛАВА XXXV
СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ
ЩИТОВЫМ СПОСОБОМ
§ 1. Основные сведения о щитах и щитовой проходке
Проходческий щит — подвижная стальная крепь, под защитой ко-
торой выполняют разработку породы и сборку обделки.
Щитовую проходку применяют в слабых неустойчивых породах':
илах, плывунах, песках различной влажности, супесях, суглинках
и глинах.
Форма щита повторяет форму сооружаемой обделки; преимущест-
венное распространение получили щиты цилиндрические, так как
в слабых породах обычно применяют обделку кругового очертания.
Основные части щита (рис. 378): ножевое 1 и опорное 2 кольца,
а также оболочка 3, в пределах которой монтируется сборная обделка.
После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину за-
ходки W щит продвигают вперед в свободное пространство при помощи
щитовых домкратов, опирающихся на последнее кольцо обделки. Час-
тично порода в забое при движении щита может срезаться его ножевой
частью. После перемещения щита штоки домкратов убирают и под обо-
лочкой начинают монтировать очередное кольцо обделки. Породу
в забое крепят щитами из досок, которые прижимают забойными
домкратами.
В пределах опорного и ножевого колец внутреннее пространство
щита разделено на рабочие ячейки вертикальными и горизонтальны-
ми перегородками. Для удобства ведения работ в забое устроены выд-
вижные платформы, перемещение которых выполняется домкратами.
Ножевое и опорное кольца щита собирают из литых стальных
элементов — сегментов, соединяя их между собой болтами. Формй
сегментов близка к форме тюбингов чугунной обделки.
Ножевая часть ограждает призабойное пространство при разработ-
ке породы и может быть использована в качестве орудия проходки,
когда щит давлением домкратов врезается в уступ породы, оставленной*
по периферии выработки.
Опорное кольцо является основой несущей конструкции щита.
В нем устанавливают перегородки, выполняющие роль инвентарных
подмостей, а также механизмы и органы управления движением щита.
В полостях сегментов опорного кольца размещают щитовые домкраты.
Оболочка ограждает место сборки обделки тоннеля. Ее монтируют
из стальных листов, изогнутых по цилиндрической поверхности и сое-
диненных между собой, а также с опорным кольцом посредством потай-
ных болтов или сварки. В породах с коэффициентом крепости f 1
оболочку в лотковой части не устраивают. Благодаря этому собранное
кольцо обделки нижней частью сразу опирается на породу и исключает-
ся возможность деформаций кольца, которая имеет место при замкнутой
498
оболочке, когда вследствие перемещения щита кольцо обделки сходит
с оболочки на породу.
В отличие от горного способа работ, где выработка продолжитель-
ное время поддерживается временной крепью, при щитовой проходке
сборку обделки выполняют немедленно вслед за разработкой породы.
Благодаря этому снижаются осадки кровли и горное давление, но одно-
временно возрастает стесненность работ в призабойном пространстве,
успешное выполнение которых обеспечивается механизацией и четкой
организацией.
Полная механизация проходческих работ достигается в щитах,
оборудованных механизмами для разработки породы.
§ 2. Механизированные проходческие щиты
Обычный немеханизированный щит может быть использован в срав-
нительно широком диапазоне естественных условий, начиная с самых
слабых пород до сравнительно устойчивых. Механизированные щиты,
как правило, приспособлены для разработки определенной однородной
породы.
Примером механизированного щита для прохрдки в неустойчивых
водонасыщенных породах может служить-конструкция (рис. 379, а),
в которой на радиальных балках укреплены резцы, скалывающие по-
роду с поверхности забоя при вращении крестовины и подаче ее вперед.
Призабойное пространство ограждено стальной диафрагмой и запол-
нено раствором бентонитовой глины, выполняющим функцию временной
крепи забоя и переносящим раздробленную породу за пределы щйта;
Где она оседает в отстойнике и погружается в вагонетки. В пространст-
ве, огражденном диафрагмой, поддерживается определенное избыточ-
17* 499
ное давление. Тремя щитами подобной конструкции в Мехико в 1970 г.
было сооружено 30 км тоннелей диаметром 6,2 м. Бентонитовый рас-
твор циркулировал в призабойном пространстве при давлении 6 ат.
В песках естественной влажности при проходке перегонных тонне-
лей Ждановского радиуса Московского метрополитена были примене-
ны щиты с рассекающими перегородками в головной части (рис. 372, б).
Благодаря правильному сочетанию перемещения щита и удаления пес-
чаной осыпи с перегородок удалось добиться рекордной скорости про-
ходки в 400 пог. м готового тоннеля в месяц. Позднее в аналогичных
условиях на Замоскворецком радиусе была достигнута еще большая
скорость проходки — 430,6 пог. м в месяц.
В щитах с рассекающими перегородками использована способность
осыпавшейся части песка выполнять функцию крепления забоя,
предотвращая дальнейшее обрушение; сыпучей породы в пределах
каждой рабочей ячейки. Порода осыпи по мере продвижения щита
направлялась при помощи лотков и транспортеров в вагонетки.
Для проходки тоннелей Киевского метрополитена в пластичных
глинах был создан механизм (рис. 379, в), оборудованный стальным
диском, который, будучи прижатым домкратом подачи к плоскости
забоя и вращаясь при включении привода, выполнял одновременно две
функции — крепи и режущего органа. В прорезях диска закреплялись
резцы, снимавшие стружку породы. Скорость чистого резания породы
составляла 0,6 пог. м/ч.
Щит, оборудованный таким механизмом, позволил достигнуть су-
точной скорости проходки тоннеля, равной 12 м.
Механизм планетарного действия (рис. 379, а) с шестью дисковыми
фрезами, укрепленными на крестовине, предназначен для щитовой
проходки в плотных сухих глинах. Срезанные частицы породы в лот-
ковой части подбираются ковшами, которые укреплены на кольцевой
обвязке вращающейся крестовины и со стороны, противоположной пло-
скости забоя, не имеют стенки, но закрыты неподвижной стальной пере-
городкой, имеющей окно в верхней части. Когда ковш совмещается
с этим отверстием, порода из него самотеком через окно попадает на
транспортер.
Щит, оборудованный механизмом планетарного действия, работай
на строительстве Ленинградского метрополитена. Суточная скорость
500
проходки перегонного тоннеля достигала 15 м. Эта скорость значитель-
но ниже технических возможностей машины, имевшей скорость чис-
того резания — 1 пог. м/ч. В ленинградских условиях скорость про-
ходки тоннеля лимитировалась возможностями вертикального транс-
порта через ствол шахты.
§ 3. Силы сопротивления движению щита
Суммарную величину сил сопротивления движению щита [находят
из выражения
W = + 1Г2 + W3, (XXXV.1)
где Wr — сопротивление трения породы по наружной поверхности
щита, тс;
W2 — сопротивление трения обделки по оболочке щита, тс;
W3 — лобовое сопротивление движению щита, тс.
Известно, что сопротивления трения в довольно широких пределах
мало зависят от размеров и формы соприкасающихся при трении тел.
Поэтому, если принять нагрузку на щит в соответствии с рис. 380, а,
то величину сил сопротивления трения породы по наружной поверхно-
сти щита можно выразить формулой
= [2 (q + р) LD + G] р, (XXXV.2)
где q — вертикальная равномерно распределенная нагрузка на щит,
тс/м2;
q = уН-, (XXXV.3)
у — объемный вес грунта, т/м3;
Н — размер толщи грунта (см. рис. 380, а), м;
р — горизонтальная нагрузка на щит, тс/м2;
р = q tg2 (45° — <p/2); (XXXV.4)
Ф — угол внутреннего трения грунта;
L, D, G — длина (м), диаметр (м) и масса щита (т);
р — коэффициент трения стали о породу, равный 0,2—0,4.
Силы сопротивления трения обделки по оболочке
Г2 = GiPi, (XXXV.5)
где Gi — масса колец тоннельной обделки, находящихся внутри обо-
лочки щита, т;
— коэффициент трения стали по материалу обделки, равный
0,15—0,20 для чугуна и 0,4—0,5 для железобетона.
Если щит/не имеет оболочки в лотковой части (см. § 1 гл. XXXV),
то сопротивление трения обделки по оболочке отсутствует: = 0.
501
Силы лобового сопротивлений движению щита W3 определяю!
в зависимости от свойств проходимых пород и принятого способа ве-
дения работ.
При перемещении в освобожденное от породы пространство, когда
лоб забоя поддерживается забойными домкратами, щит преодолевает
их сопротивление, равное активному давлению породы со стороны
забоя, которое можно определить, используя схему (рис. 380, б), пред-
ложенную канд. техн, наук В. П. Самойловым.
В этом случае величина лобового сопротивления равна
W3 = ргЛ (XXXV.6)
где рх — активное давление породы со стороны забоя, тс/м2;
(т +D) ^(45°-ф/2); (XXXV.7)
В — пролет разгружающего свода (см. рис. 380, б), м;
f — коэффициент крепости породы;
F — площадь забоя, м2,
* у? яр2
Если порода в забое достаточно устойчива и может в период пере-
мещения щита оставаться незакрепленной, то лобовое сопротивление
отсутствует: W3 = 0.
При проходке в мягких породах врезанием по контуру принята
схема, основывающаяся на зависимостях, известных из теории подпор-
ных стен.
Рассматривая часть ножевого кольца (рис. 381, а), выделенную
двумя вертикальными сечениями, параллельными плоскости чертежа
и расположенными на расстоянии 1 м друг от друга, заменяем ее экви-
валентной схемой клина (рис. 381, б). Далее разделяем взаимодейст-
вующие тела — клин и призму выпирания и выражаем условия их
предельного равновесия. Величина погонного усилия (тс/м) вдавли-
а)
Рис. 380. к расчету сил сопротивления движе-
нию щита.
а — схема нагрузок; б — схема определения активного
давления со стороны забоя
502
вания клина
А/=£п-^, (XXXV.8)
где Еа — величина равно-
действующей
пассивного дав-
ления породы,
тс/м;
£n = ^-tg2(45° +Ф/2);
(XXXV.9)
h±w.l — высота борта и
длина ножевого
кольца щита.
Величина лобового сопротивления (тс) при врезании ножевого
кольца по контуру
№з = Nc,
(XXXV.10)
где с —длина окружности ножевого кольца по среднему радиусу г, м.
Подставляя в формулу (XXXV.10) выражения (XXXV.8) и
(XXXV.9) и развернутое значение длины окружности с, окончательно
получим
№з = nrylhx tg2 (45° + <р/2). (XXXV. 11)
Вывод величины лобового сопротивления движению щита IV3 при
врезании по контуру является приближенным и выполнен с запасом,
так как порода в вертикальном забое менее устойчива, чем при гори-
зонтальной обнаженной поверхности массива, взаимодействующего
с подпорной стеной. Этот запас компенсирует силы трения, не уч-
тенные при определении усилий, действующих на ножевое кольцо.
При «слепой» проходке в разжиженных породах, например под рус-
лом реки без отбора породы вдавливанием щита, величина лобового соп-
ротивления
№з' = р2Л (XXXV.12)
где р2 — пассивное давление породы со стороны забоя на диафрагму,
ограждающую ножевое кольцо, тс/м2,
р2 = <7взв tg2 (45° + <р/2); (ХХХ^.13)
7ВЗВ — вертикальное давление породы с учетом ее взвешенности
в воде, тс/м2.
Суммарную величину сил сопротивления движению щита W ис-
пользуют для определения необходимой грузоподъемности щитовых
домкратов, обеспечивающих движение щита.
503
ГЛАВА XXXVI
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТОННЕЛЕЙ
§ 1, Условия работы тоннельной обделки
Тоннели на путях сообщения — долговечные сооружения, рассчи-
танные на длительный период эксплуатации. Эксплуатация тоннелей
включает систематический технический надзор, содержание в исправ-
ности обделки, порталов, железнодорожного пути, вспомогатель-
ного оборудования и оперативный ремонт всех обнаруженных повреж-
дений.
В процессе эксплуатации в обделке тоннеля под действием 'различ-
ных факторов могут возникнуть значительные деформации. Их разви-
тие приводит к нарушению поперечного профиля тоннеля и разрушению
обделки. Своевременный и правильный анализ причин, приводящих
к нарушению проектного режима работы тоннельной конструкции,
имеет первостепенное значение для эффективного ремонта обделки и
предотвращения аварийных ситуаций.
Деформации обделки в основном определяются давлением горных
пород. Если в проекте ориентация пластов учтена неправильно, то воз-
можны отклонения от принятого направления давления горных по-
род. Поэтому за проявлениемторного давления должно быть органи-
зовано систематическое наблюдение.
Деформации обделки могут быть вызваны дислокационными про-
цессами, происходящими в горном массиве. В большинстве случаев
это приводит к повышению бокового давления на обделку. Наличие
незаполненных каверн в массиве над сводом может служить причиной
обрушения крупных кусков породы и выйолов на внутренней поверх-
ности конструкции.
Возрастание горного давления может происходить из-за наруше-
ния режима грунтовых вод, вызванного проходкой тоннеля через на-
пластования водоносных и водопроницаемых пород, особенно при
проходке шахт, когда возникает обильное и длительное поступление
подземных вод к тоннелю.
Первичное воздействие грунтовых вод состоит в том, что их фильтра-
ция через обделку приводит к уменьшению ее прочности. Вторичное
действие выражается в значительном повышении горного давления,
так как фильтрующаяся вода выщелачивает и разрушает горные по-
роды. При этом в массиве образуются пустоты и нарастает неравно-
мерное давление на конструкцию.
Долговечность тоннельной обделки в значительной степени за-
висит от атмосферных и температурных факторов. Особую группу
факторов, оказывающих существенное влияние на условия работы тон-
неля, составляют сейсмические явления. Как правило, подземные со-
оружения в сравнении с наземными обладают повышенной сейсмостой-
504
костью, и Это качество возрастает с увеличением глубины заложения.
Наименьшей сейсмостойкостью в комплексе тоннельного сооружения
обладают порталы и припортальные участки. Эффективным средст-
вом восприятия растягивающих напряжений, возникающих при
землетрясениях, является анкерная крепь. Роль ее еще более воз-
растает, если она устанавливается с предварительным напряжением
и в сочетании с металлической сеткой, покрытой торкретбетоном.
§ 2. Технический надзор
Для ’ обеспечения непрерывного и безаварийного движения поездов
организуют технический надзор за состоянием тоннеля. Его цель за-
ключается в своевременном обнаружении и быстром устранении всех
повреждений обделки, тоннельного оборудования и железнодорожного
пути.
При эксплуатации каждого тоннеля выполняют постоянный
технический надзор, текущие осмотры, периодические осмотры, спе-
циальные обследования и постоянные наблюдения.
Постоянный технический надзор осуществляется
обходчиками железнодорожных путей, бригадирами пути и дорожны-
ми мастерами под руководством тоннельного мастера. Цель этого над-
зора заключается в обеспечении безопасности и безаварийности движе-
ния Поездов благодаря регулярным осмотрам пути, обделки, тоннель-
ного оборудования, а также вентиляционных и водоотводных устройств
по графикам, утвержденным начальником дороги.
При обнаружении неисправности в любом из перечисленных эле-
ментов принимают срочные меры к их устранению с выполнением всех
необходимых профилактических работ. Основное внимание при по-
стоянном техническом надзоре уделяют состоянию пути в плане и про-
филе, а также степени износа элементов пути.
Кроме обычных причин износ железнодорожного пути в тоннеле
происходит в результате усиленной коррозии. Наибольшему износу
подвержена головка рельса, далее по степени подверженности корро-
зии следуют подошва рельса, места прикреплений и шейка рельса.
Все обнаруженные при постоянном техническом надзоре неисправно-
сти отмечают в журнале обходчика железнодорожных путей. Сплош-
ной осмотр пути под наблюдением дорожного мастера проводят не
реже двух раз в месяц.
Тоннельная обделка- находится под постоянным наблюдением,
особенно те ее участки, которые подвержены действию повышенного
горного давления, наледеобразованию, а также места, склонные к пу-
чению.
Текущий осмотр тоннеля выполняет тоннельный мастер
' в конце каждого месяца. Его основная цель заключается в выявлении
слабых мест в тоннельной обделке и вспомогательном оборудовании
тоннеля, а также в выяснении причин возникновения дефектов. Обнару-
женные в обделке трещины осматривают, измеряют и зарисовывают
на развертке внутренней поверхности конструкции в тоннельную
< 505
Рис. 382. Приспособления для наблюдения за трещинами в обделке:
книгу. За трещинами устанавливают систематическое наблюдение,
Если трещина не развивается, то ее заделывают цементным раствором^.
Трещины, размеры которых с течением времени изменяются, подвер-
гают особо тщательному наблюдению. Характер изменения трещин
устанавливают при помощи простейших приспособлений в виде мая-
ков и пластин (рис. 382).
Периодические осмотры тоннеля проводят не реже
двух раз в год. Цель периодического осмотра — в детальном обследо-
вании состояния тоннельной обделки и всех обустройств. Этот осмотр
выполняют с железнодорожной платформы, которая оснащается спе-
циальными передвижными подмостями, обеспечивающими свободный
доступ к любому участку обделки. На платформе устанавливают
габаритную раму с прожекторным освещением. Участки тоннеля,
в которых обнаруживают значительные деформации, подвергают де-
тальной инструментальной съемке с проверкой положения пути в пла-
не и профиле. Результаты периодического осмотра тоннеля зано-
сят в тоннельную книгу и оформляют специальными актами и от-
четами.
Специальные обследования тоннеля выпол-
няют в случае обнаружения участков обделки с опасными деформа-
циями, для предотвращения развития которых необходимо проведение
всестороннего анализа условий работы несущей конструкции. В ко-
миссию по обследованию тоннеля включают специалистов по тоннеле-
строению, геологов, гидрологов, сейсмологов и климатологов. Цель спе-
циальных обследований заключается в оценке общего состояния тон-
неля, проверке правильности выполнения программы постоянных
наблюдений за деформирующимися участками тоннеля, гидрогеоло-
гическими условиями горного массива и развитием горного дав-
ления.
Вырабатывают практические рекомендации По способам устра-
нения причин, вызывающих прогрессирующие деформации тоннель-
ной обделки.
Результаты специальных обследований, оформленные в виде от-
чета, направляют в службу пути дороги и в Главное управление
Шути МПС.
БОв
§ 3. Проверка очертания тоннельной обделки
Для сквозной проверки внутреннего очертания тоннеля применяют
габаритную раму, которую устанавливают на новую или капитально
отремонтированную платформу и провозят по тоннелю со скоростью
3—4 км/ч. Съемку внутреннего очертания тоннеля в определенных
сечениях выполняют при помощи установок и приборов, основанных
на использовании принципа полярных координат.
Простейший способ съемки сечения тоннеля (рис. 383, а) заключает-
ся в использовании измерительной рейки <3, которую устанавливают
строго вертикально по оси тоннеля, и измерительной ленты 2, натяги-
ваемой упорным шестом,/. Координаты точки контура определяют
непосредственным измерением расстояний.
Транспортир 4 инж. Булахова (рис. 383, б) используют вместе с ру-
леткой 5. Конец ее мерной ленты прижимают шестом 6 к точке, коорди-
наты которой подлежат определению. Вычисление координат произво-
дят по формулам:
X = Seos а; У = S sin а. (XXXVI.1)
Рассмотренные устройства имеют ограниченное применение, так
как в тоннелях с электротягой при пользовании ими необходимо обес-
точить контактную сеть.
Прожекторный габаритометр инж. Н. М. Королькова (рис. 383, в)
состоит из двух труб-прожекторов 7, укрепленных шарнирно на общей
базе 9. Шарниры помещены в центрах измерительных транспортиров
8. Для определения координат точки на нее направляют лучи прожек-
торов. Измеряя по шкалам транспортиров углы а и 0, вычисляют ко-
ординаты точки (в мм):
X = 1000 + Ь cos а;
У = 2000 + b sin а, (XXXVI.2)
где
Рис 383. Измерения внутреннего контура обделки при помощи
а —рейки; б — транспортира, в — прожекторного габаритометра
507
Самый совершенный способ измерения поперечного сечения тоннеля
основан на использовании автоматической съемки кинокамерой
(габаритометр инженеров К. Д. Савина и О. С. Шебякина). Установка
состоит из специального источника света, обеспечивающего освещение
поверхности тоннеля в плоскости, поперечного сечения, и кинокамеры.
Оборудование размещается в конце прицепа, который перемещается
по тоннелю со скоростью 3—5 км/ч.
§ 4. Содержание пути в тоннеле
В тоннелях применяют усиленное верхнее строение пути: число
шпал на 1 км — 2000 шт., рельсы не легче Р50, балласт щебеночный.
Для сокращения сроков ремонтных работ и улучшения условий ра-
боты верхнего строения пути укладывают рельсы длиной 25 м, сварные
плети длиной 50—100 м или устраивают бесстыковой путь, так как тем-
пературные колебания в тоннеле значительно меньше, чем на открытых
участках. Как правило, применяют скрепления раздельного типа с
укладкой упругих прокладок между подошвой рельса и подкладкой,
а также между подкладкой и шпалой.
Высокие требования предъявляют к балласту. Обычно исполь-
зуют щебень из твердых пород с пределом прочности не менее
800 кгс/см2, с крупностью зерен 25—70 мм. Для защиты балласта от
быстрого загрязнения в верхней части балластной призмы укладывают
щебень мелких фракций. Толщина балластного слоя под шпалой —
не менее 25 см.
Опыт, накопленный при эксплуатации метрополитенов,' показал
высокую эффективность замены балластной призмы из щебня путевым
бетоном. Сплошное бетонное основание не требует периодических
очисток балласта и его подбивки, создает благоприятные условия для
отвода тоннельных вод по дренажному лотку, расположенному в пу-
тевом бетоне.
Для обеспечения безопасности движения поездов устраивают
постоянные реперы, облегчающие контроль за состоянием пути в плане
и профиле.
Состояние верхнего строения пути оценивают по результатам ви-
зуального осмотра и измерений, полученных при помощи аппаратуры
путеизмерительного вагона.
При наружном осмотре определяют состояние шпал, скреплений,
рельсов и балластной призмы. Аппаратурой путеизмерительного вагона
устанавливают отступления от норм содержания, отклонения рельсо-
вой колеи по уровню и шаблону, нарушения рихтовки и другие дефекты.
В сравнении с открытыми участками железнодорожный путь в тон-
нелях находится в более тяжелых условиях. Благодаря высокой влаж-
ности воздуха происходит повышенный износ верхнего строения пути и
прежде всего его металлических конструкций. Установлено, что про-
должительность службы стальных элементов верхнего строения пути
приблизительно вдвое меньше, чем на открытых участках дороги,
508
Различают механический износ, химическую и электрохимическую
коррозию.
Повышенный механический износ обусловлен применением песка
для увеличения сцепления колес локомотива с рельсами.
Химическая коррозия металлических частей происходит в резуль-
тате длительного воздействия влажного воздуха и воды при повышен-
ной температуре.
Электрохимическая коррозия происходит в электрифицированных
тоннелях благодаря тому, что рельсовый путь, используемый в ка-
честве проводника тягового тока, является источником образования
блуждающих токов. Обычно местами утечки токов являются элементы
крепления верхнего строения пути. Зазоры и неплотности, образую-
щиеся в процессе эксплуатации, заполняются водой с растворенными
в ней солями, кислотами и маслами. Такая среда представляет собой
электролит, а рельсы и скрепления принимают роль анода и катода.
Для сведения к минимуму или полного исключения процесса элект-
рохимической коррозии необходимо проведение мероприятий, устра-
няющих причины этого явления. Одними из самых радикальных сред-
ств являются хорошая вентиляция и осушение тоннеля. Предотвраще-
нию процессов электрохимической коррозии способствует защита не-
рабочих поверхностей рельсов и скреплений покрытиями из антикор-
розионных лаков. Для тех же целей применяют обработку поверхности
рельсов 15%-ным раствором нитрата натрия, в результате которой об-
разуется прочная оксидная пленка, препятствующая развитию про-
цессов коррозии.
Утечка тяговых токов значительно снижается благодаря мероприя-
тиям, обеспечивающим лучшую электропроводность рельсовых це-
пей, что достигается главным образом применением бесстыкового
пути.
Для борьбы с электрохимической коррозией существенное значе-
ние имеет улучшение состояния балластной призмы и шпальной решет-
ки, электрическое сопротивление которых увеличивается благодаря
применению щебеночного балласта, шпал, пропитанных электроизоли-
рующими составами, и заполнению отверстий для шурупов маслянисты-
ми жидкостями.
§ 5. Вентиляция тоннелей
В процессе эксплуатации железнодорожных и автомобильных тон-
нелей образуется значительное количество вредных газов (СО, СО2,
SO2) — продуктов сгорания топлива в двигателях. Для атмосферы тон-
неля характерны избыточная влажность и повышенная температура.
Цель вентиляции заключается в максимальном приближении состава
тоннельного воздуха к нормальному, обеспечении пассажиров и поезд-
ного персонала чистым воздухом и в сведении к минимуму воздейст-
вия вредных газов и повышенной температуры на здоровье путевых
и ремонтных рабочих.
509
^//^//^//^//^//^ '&///y//^//&///y//^^^
Рис. 384. Схемы продольной вентиляции тоннеля:
Вентиляция тоннелей может осуществляться естественным путем
или искусственно при помощи вентиляционного оборудования.
Естественная вентиляция тоннелей основывается на естественном
воздушном течении, образующимся в результате действия ряда факто-
ров, главными из них являются ориентация тоннеля в плане относитель-
но господствующего направления ветров, разность отметок порта-
лов, форма плана, длина тоннеля, частота и скорость движения по-
ездов.
Искусственная вентиляция может быть приточной, вытяжной или
приточно-вытяжной.
По способу обмена воздуха в тоннеле различают продольную, попе-
речную и полупоперечную вентиляции.
При продольной системе вентиляции (рис. 384, а) тоннель 2 исполь-
зуют в качестве воздуховода, воздух к которому подается через шахту 1
или от вентиляционных камер у порталов.
Несколько иную схему применяют в тоннелях большой длины с
чередованием нагнетательных 3 и вытяжных 4 шахт (рйс. 384, б)
Рис. 385. Схема устройства поперечной вен-
тиляции:
/ — удаление загрязненного воздуха, 2 — подача
свежего воздуха
510
В поперечной системе вен-
тиляции (рис. 385) подача
свежего воздуха и удаление
загрязненного осуществляют-
ся по специальным каналам
одновременно по всей длине
тоннеля. При полупоперечной
системе используют только
, один канал, вторым является
сам тоннель.
Расчет вентиляции пре-
дусматривает определение
требуемого расхода воздуха
и получение данных для под-
бора вентиляционного обору-
дования. Количество свежего
воздуха, подаваемого в тон-
нель, определяют из условия:
концентрация вредных газов
не должна превышать разре-
‘ шенных норм.
xxxvii
РЕМОНТ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ТОННЕЛЕЙ
§ 1. Ремонт тоннелей
Для обеспечения безаварийной эксплуатации тоннелей выполняют
работы, цель которых — содержание Обделки в исправном состоянии.
Эти работы включают текущий и капитальный ремонты, а также осу-
шение водообильных тоннелей.
При текущем ремонте выполняют работы по расшивке швов обделки,
заделке трещин и ликвидации раковин и выколов в бетоне несущей
конструкции. Необходимость в расшивке швов возникает в тоннельных
обделках, сложенных из камня. Их основным дефектом является раз-
рушение материала шва, что приводит к значительным деформациям
обделки. z
В случае вывалов отдельных камней ремонт сводится к очистке и
промывке образовавшейся полости и установке на растворе нового
камня соответствующего размера. При ремонте сводовой части новый
камень удерживается подпорками из досок, прикрепленными к сосед-
ним участкам обделки металлическими анкерами.
Отдельные раковины и несквозные вывалы площадью до 5 м2 за-
полняют бетоном марки 200 с применением арматурных сеток, которые
крепят к тоннельной обделке стальными анкерамц. Оплубка из досок
поддерживается кружалами, которые заводят в скобы, укрепленные
в обделке. Для ликвидации пустот, образовывающихся при укладке
нового бетона, до бетонирования устанавливают металлические трубки,
через которые после затвердения уложенного бетона нагнетают це-
ментный раствор.
При сквозных вывалах обделка нуждается в немедленном ремонте.
В этом случае продольным поверхностям обделки 1 в зоне вывала
(рис. 386) придают радиальное направление. Поверхность выработки
затягивают досками 9 с закладкой за них забутовки 10. За торцы об-
делки заводят отрезки двутавров или рельсов 8, к которым на скрутках
6 подвешивают деревянные бруски 5. На эти бруски опирают лекала 4
.и на них укладывают доски опалубки 3, которые прижимают к обделке
клиньями 2. Металлическая трубка 11 имеет длину, обеспечивающую
нагнетание за затяжку цементного раствора.
Капитальный ремонт железнодорожного тоннеля проводят на ос-
новании заключения управления железной дороги после специального
обследования. В состав капитального ремонта входят: усиление ослаб-
ленных элементов конструкции, перекладка отдельных колец обделки
и ее элементов, устройство новых камер и ниш. При этом ремонте не
изменяют ни конструкцию, ни габарит тоннеля. Работы, как и при те-
кущем ремонте, ведут без перерыва движения поездов.
611
Для повышения несущей
способности обделки и увели-
чения ее водонепроницаемо-
сти производят усиление об-
делки тоннеля железобетон-
ной поддерживающей кон-
струкцией — «рубашкой»
(рис. 387, а) толщиной 15—
20 см. Если устройство «ру-
башки» приводит к наруше-
нию габарита приближения
строений, производят выруб-
ку обделки на глубину, рав-
ную толщине сооружаемой
железобетонной конструкции.
В качестве арматуры используют стальную сетку, которую закрепляют
в обделке при помощи анкеров. По сетке наносят набрызг-бетон в не-
сколько слоев до получения требуемой толщины.
Другой вид усиления тоннельной обделки представляет собой под-
держивающую железобетонную конструкцию (рис. 387, б) с жесткой
арматурой из двутавров, после установки которых укладывают бетон
новой конструкции. Работы производят со специально оборудованной
платформы, имеющей подмости для бурения шпуров, установки арма-
туры и бетонирования.
Для защиты тоннеля от дальнейшего разрушения и увеличения во-
донепроницаемости конструкции применяют торкретирование нару-
шенной внутренней поверхности бетонной обделки. При сильном раз-
рушении материала обделки торкретирование производят по металли-
ческой сетке. Наиболее эффективным средством усиления обделки при
капитальном ремонте служат анкеры, заделанные в породу в сочетании
с арматурной сеткой и торкретированием или набрызг-бетоном.
Для повышения несущей способности бетонной обделки, увеличе-
ния ее водонепроницаемости и укрепления горных пород окружаю-
щего массива применяют цементацию. Раствор нагнетают через сква-
жины, пробуренные на глубину полной толщины обделки в шахматном
Рис. 387 Устройство поддерживающей железобетонной конструкции*
а — с гибкой арматурой, б — с жесткой арматурой; 1 — стальная сетка, 2 — набрызг-бетон;
3 — анкер; 4 — двутавр; 5 — новый бетон
&12
порядке с шагом 1,5—2,5 м, применяя первичное и контрольное нагне-
тание. Предварительно все трещины в зоне нагнетания обделки и пу-
стые швы тщательно заделывают цементным раствором.
§ 2. Осушение тоннелей
Увеличение обводненности тоннеля приводит к значительному ухуд-
шению условий работы тоннельной обделки. Для устранения прони-
кания поверхностных и подземных вод проводят комплекс специальных
мероприятий: отвод поверхностных вод и осушение массива в районе
тоннеля, обеспечение водонепроницаемости тоннельной обделки, ре-
гулируемый пуск воды в тоннель с последующим отводом ее по дренаж-
ному лотку.
Если обводненность тоннеля является следствием проникания по-
верхностных вод, необходимо выполнить работы по планировке по-
верхности над тоннелем, обеспечить водонепроницаемость дна водосто-
ков и регулируемый сток. При планировочных работах ямы и впадины
на поверхности засыпают грунтом с последующим тщательным трамбо-
ванием. Для предотвращения или уменьшения просачивания воды на
поверхности песчаных и супесчаных грунтов устраивают водонепрони-
цаемые покрытия, в виде утрамбованной смеси из глины, гравия и
песка толщиной 15 см и уплотненного слоя грунта, пропитанного би-
тумом на глубину 20—25 см.
При отводе поверхностных вод необходимо высокое качество вы-
полнения водосборных и водоотводных канав (рис. 388). Дно канавы
покрывают слоем глины толщиной 20—25 см, поверх которой делают
защитную каменную отмостку. Верхнюю часть склонов канавы укреп-
ляют дерном. Для предотвращения заиливания дну канавы в продоль-
ном направлении придается уклон не менее 2°/00. Размеры поперечного
сечения рассчитывают на пропуск максимального объема ливневых
и талых вод.
Для осушения тоннелей во время работ по капитальному ремонту и
при реконструкции применяют водопонижение при помощи иглофиль-
тровых и эрлифтовых установок, а также водопоглощающих скважйн.
Осушение тоннелей может также осуществляться при помощи це-
ментации, глинизации и битумизации окружающего горного массива.
Для осушения водообильных тоннелей -могут быть использованы
дренажные штольни. Этот
способ осушения отличает-
ся высокой стоимостью,
поэтому применение дре-
нажных штолен должно
быть всесторонне обосно-
вано результатами тща-
тельного гидрогеологиче-
ского обследования мас-
сива.
513
Рис. 389. Реконструкция свода
а — горным способом, б — щитовым спосо-
бом, 1 — кружала; 2 — затяжка из досок;
3 — опалубка; 4 — калотта; 5 ~ штольня;
6 — полущит; 7 — сборная обделка
мощи полущита. Как правило,
§ 3. Реконструкций тоннелей
Реконструкция тоннелей вклю-
чает комплекс работ по сооружению
новой несущей конструкции вме-
сто прежней.
К числу основных причин ре-
конструкции относятся необходи-
мость устройства усиленной обдел-
ки при ее разрушении или вслед-
ствие недопустимо больших дефор-
маций, увеличение нормативного
габарита приближения строений и
перевод железнодорожной линии
на двухпутное движение.
При реконструкции однопутно-
го тоннеля производят переустрой-
ство свода, обратного свода или
всей обделки.
Переустройство свода выпол-
няют горным способом или при по-
се виды работ по реконструкции
тоннелей производят без закрытия движения поездов в «окна», запла-
нированные в графике.
При горном способе работ (рис. 389, а) реконструкцию производят
кольцами длиной 3—5 м. В первую очередь устанавливают кружала 1
из двутавров. За них заводят сплошную затяжку из досок 2. Если про-
филь тоннеля после установки кружал не удовлетворяет габариту, кру-
жала размещают в штрабах, выполненных в существующей обделке.
После установки кружал проходят штольню 5, из которой раскрывают
калотту 4. Размеры штольни и калотты определяются профилем новой
обделки. Затем устанавливают внутренние кружала, за которые за-
водят опалубку 3. Свод бетонируют в направлении от пят к замку.
В устойчивых горных породах, не оказывающих бокового давлений,
для сооружения свода используют полущит 6 (рис. 389, б), который
опирается на стены старой обделки. Полущит имеет оборудование для
монтажа новой сборной обделки 7.
Переустройство стен и лотка выполняют с использованием обору-
дования, применяемого при горном способе сооружения свода.
Увеличение высоты габарита тоннеля при реконструкции может
быть осуществлено понижением лотка. При этом необходимы углубле-
ние стен обделки и перекладка верхнего строения пути.
Перекладку обратного свода производят при возрастании давле-
ния горных пород со стороны лотка. Работы ведут на коротких участ-
ках длиной 3—4 м при частичной разборке пути с удалением балласта
и снятием шпал. Под рельсы подводят пакеты из двутавров, концы
которых опирают на бетонное основание старого лотка. Бетонирование
обратного свода производят от его оси к стенам, которым в месте
примыкания свода придают радиальное направление.
514
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автомат сварочный 376
---двухдуговой 303, 377
Акведук 6
Анкер железобетонный 483
— каркасно-стержневой 159
— конусный 129, 160
— концевой 115
— набивной 483
— • промежуточный 115
— распорного типа 483
— ЦНЙИС 162
Антисептик 26
Арка 9
— гибкая 146, 337
— жесткая 146
— с затяжкой 148
— сплошная 144
Арматурд 98
— полигональная 1,17, 120
— продольная 113
— прямолинейная 117, 118
Армирование косвенное 147
Б
Балка клееная 37, 58
— клеефанерная 38
— подвесная 136
— поперечная 307
— - продольная 307
Барда сульфитно-спиртовая 407
Бетонирование навесное 126, 215
Болт высокопрочный фрикционный
265, 267
— лапчатый 277
— сборочный 381
— С проушиной 29, 33
Бордюр 20
Бревно прижимное 42
Брус бордюрный 41
— мостовой 41, 277
— - прокладной 31
— противоугонный 41, 278
В
Венец 49
Вентиляция вытяжная 496
— естественная 510
— искусственная 510
— комбинированная 497
— нагнетательная 496
— по лупоперечная 510
— поперечная 510
— продольная 510
Верхняк 481 *
Вес главных ферм 359, 360
— мостового полотна 359
— погонный главных ферм 359
— породы объемный 469
— проезжей части 359
— связей (между главными фермам
ми) 359
Виадук 5
Вибратор 205
Виброподдон 205
Водопроницаемость породы 451
Врубка 29
— «в лапу» 480
— «в шор» 480
— «двойным зубом» 35
Вут 124
Выкол 389
Высота свода 453
— сжатой зоны бетона 177
--------- относительная 178
Вязкость ударная 266
515
г
Габарит подмостовой 19
— приближения строений 20, 457
Габаритометр прожекторный 507
Герметик 157
Гибкость приведенная 367
— стержня 36/
Гидроизол 157
Гидроизоляция тиоколовая 157
Гидролакколит 394
Гипотеза Винклера 471
д
Давление боковое активное 470
— гидростатическое 466
— грунта активное 86
--- постоянное горизонтальное 87
— опорное 63
Дефектоскоп 378
Диагональ связей 315
Диафрагма подковообразная 303
Дислокация породы 449
Длина загружения линии влияния 24
— элемента свободная 341
Добавка пластифицирующая 407
Домкрат выдвижной платформы 499
— двойного действия 203
— забойный 499
— одиночного действия 203
— Фрейсинэ 465
— щитовой 499
Доска кондукторная (см Шаблон)
Дуга проходческая 481
Дюкер 5
Ж
Жёсткость изгибная 184
3
Заклепка 265, 267
— заводская 302
— монтажная 302
Замок обделки 464
Засыпка противопожарная 41
— утепляющая 468
Звено сборное (трубы) 72
---круглое 72
516
---прямоугольное 76
Знак полигонометрический 447
Зона отлипания 471
— /Упругого отпора 471
И
Изоляция трубы наружная 84
Интенсивность поперечного армиро-
вания 179
Инъецирование глубинное 405
К
Кабель 10
Канал арматурный 129
Кантователь 377
Капсюль детонатор 484
Каркас арматурный 73, 203
Категория по трещиностойкости 114,
115
Катет сварного шва 345
Класс нагрузки 411
— элемента 411
Клей синтетический 27
Клетка монтажная 380
Компаунд 405
Компенсатор ослабления 304
Кондуктор накладной 302
— объемный 378
— стационарный двухплоскостной
304, 376
Контррельс 41, 278
Контруголок 41, 278
Концентрация напряжений 270, 272
Коротыш 35
Коротыш-прируб 35
Костыль 41
Коэффициент асимметрии цикла пе-
ременных напряжений 342
— внутреннего трения грунта 86
— динамический 22
— зависящий от гибкости элемента
368
— запаса 21
— заполнения вагонетки 489
---ковша машины 489
•--шпура 486
— изменчивости нагрузки (см Коэф-"
фициент запаса)
— искаженности 170
— использования машины 489
---шпура 486
— конструктивный 359
— крепости породы 452
— линейного расширения 230
— надежности 21, 62, 340
— однородности 21, 345
— относительной жесткости основа-
ния 86
— отражающий влияние конструк-
ции диагоналей соединительной ре-
шетки 368
— перегрузки 21, 22, 25
— переходный 341, 343
— полноты эпюры касательных на-
пряжений 182
— понижающий (при расчете на вы-
носливость) 24
— понижения несущей способности 54
---расчетного сопротивления 34'2
— поперечной деформации 471
— пористости 470
— приведения 59
— разрыхления породы 489
— смягчения уклона 440
— сочетаний 63
— строительный 359
— трения 345
---стали о породу 501
-------по материалу обделки 501
— уменьшения динамической добав-
ки 414
— упругого отпора породы 471
— условий работы 21, 22, 59, 340
— учитывающий влияние бетона
растянутой зоны на деформации
арматуры 182, 194
------- податливости соединений 61
---действие изгибающих моментов
в двух главных плоскостях 362
---отношение максимальных каса-
тельных отношений к средним 341
--- условия опирания звена трубы
88
Кран консольный 209, 378
— портальный 379, 380
— стреловой 209
Крепь анкерная 482
Кружала инвентарные 213
Л
Лак битумный 404
Ледорез предмостный 51
— аванпостный 51
— шатрового типа 52
Лещадка 405
Линия возможного выкалывания 373
Лист перфорированный 302, 305
Лонгарин 481
Лоток 5
— водоотводный 43
м
Марка бетона по прочности 97
----по морозостойкости 97
---по водонепроницаемости 97
Марчеван 480
Масса объемная 25
Мастика битумная 156
Микроскоп Бринелля 403
Модуль общей деформации 471
— сдвига 231
— упругости 53
Молоток отбойный 484
Момент изгибающий 10
— предельный опрокидывающий 63
— сопротивления рабочий 419
Мост 5
— двухподкосный 28
— канал 6
— наплавной 10
— одноподкосный 28
— подкосный 28
— разводной 10
— ригельно-подкосный 28, 29
— сборно-разборный 10
— с ездой поверху 10
— с ездойкпонизу 10
— с ездой посередине 10
Мощность пласта 449
Мылонафт 407
Н
Наброска каменная 49
Нагель 49 /
Нагрузка временная 23, 24, 469
— ветровая 23, 25
517
---- гусеничная 24
---- на тротуарах 24
----от колонны автомобилей 24
----подвижного состава 23
----центробежной силы. 23
----сейсмическая 23
— давления льда 23
— местная 24
— особая 469
— от воздействия температуры 23
— поперечная от ударов подвижно-
го состава 23
— постоянная 23, 469
----погонная 412
----от веса грунта 23 3
----предварительного обжатия
23
— продольная от торможения 23,
252
— строительная 23
— эквивалентная 23
Надвижка поперечная 384
— продольная 384
Накладка 29
— вертикальная 301
— парная 47
Наледь 394-
Наметка 374
Направление простирания 449
Напряжение в бетоне предваритель-
ное установившееся эффективное
193
— касательное среднее 341
~ парциальное критическое 351
— приведенное 347
Насадка 29
Настил двойной дощатый 43
— между контррельсами 41
— тротуаров 41
Насыпь дильтрующая 5
Натяжение арматуры на бетон 114
----упоры 114
Несущая способность 21
О
Обжатие двухосное 114
Обработка железобетона термовлаж-
ностная 207
Оголовок 69
518
— вбротниковый 78, 79
— коридорный 78, 79
— портальный 77, 79
— раструбный 78, 79
---с коническим звеном 78, 79
Околка льда 390
Опора башенная 29
— одностолбчатая 234
— плавучая 210 ,
— пирамидальная 49
— рамно-лежневая 31, 49
— - рамно-ряжевая 49
— рамно-свайная 31
— ряжевая 49
сборная 234
— свайная 49
— столбчатая 234
Отверстие маячное 302
— моста 18
— строповочное 158
П
Панель 44, 295
— опорная 44
Переход мостовой 5
Перфоратор 484
Планка соединительная 303, 305
Пластик древесный слоистый 20
Плашкоут 210
Плита подферменная 233
Плотность твердой фазы породу 470
Площадка убежища 156
Площадь зоны взаимодействия арма-
туры с бетоном 183
— рабочая приведенная (заклепки
или болта) 420
Подвеска дополнительная 44
Подкладка 41
Подушка 35
— опорная 44
Подферменник 233
Покрытие асфальтобетонное 43
Ползучесть бетона 97
Полиспаст 380
Полубык 47
Полущит 514
Поперечина 41
Портал 265
— прямой 461
— ступенчатый 461 Предел прочности стали 265 — текучести стали 265 Предельное состояние 21 , Прибор уравнительный 279, 392 Призма балластная 29 Приспособление разгрузочное 430 Пробка сборочная 381 Проволока электродная 376 Прогиб 60, 331 Прогон 28 — одноярусный 28, 56 — пакетный 28 простой 35 составной 35 — рассредоточенный (сближенный) 42 сосредоточенный 42 Проезжая часть 10 Прокладка 35 — клиновидная 42 Пролет свода 453 — температурный 392 Противовес 380 Процент армирования 100 Путепровод 5 Крестовая 316 на дне панели 316 многораскосная 292, 293 многорешетчатая 292, 293 полураскосная 293 раскосная 292, 293 ромбическая 293 треугольная 293 со шпренгелями 293 Ригель 10 Ростверк свайный 31 С Сборка клепаных элементов «без- дырная» 374 «по дырам» 374 — пролетных строений навесная 126 навесная уравновешенная 382 на насыпи подхода 215 на сплошных подмостях 126 Сварка автоматическая 267, 376 — встык 275 — контактная 113 — монтажная 265 — полуавтоматическая 377
Р —- ручная 376 > стыков внахлестку 113
Радиус армирования 183 Разделительная полоса 20 Разметка 374 Разрушение усталостное 397 Рама-блок 48 Рама опорная 265 — с оттяжками 381 — тормозная 318 Раскос восходящий 133 -г- нисходящий 133 — обратный 44 — прямой 44 Распор 10, 34 Распорка 37 Растворимость породы 451 Расходы эксплуатационные 442 Ребро жесткости 38, 271 продольное 271 Репер 447 Решетка соединительная 303 — фермы Свая анкерная 49 — коренная 30 — укосная 30 Свод коробчатый 144х — обратный 459 — сплошной 144 Связи 23 — поперечные 30 г крестовые 37 опорные 265 - — продольные 39, 309 — тормозные 23, 319 Сетка арматурная 208 Скважина разведочная 448 Скорость критическая 416. Слоистость горных обвалов 451 Соединение фрикционное 286 Сопротивление лобовое движению щита 50,1 — нормативное 21, 22 бетона 98
619
— — временное при разрыве стали
266
----материала высокопрочного
фрикционного болта 345
— — напрягаемой проволочной ста-
ли 100
—-----стержневой арматурной ста-
ли 99
----ненапрягаемой стержневой ар-
матурной стали 99
----фрикционных болтов 345
— расчетное бетона 98
---- напрягаемой проволочной ста-
ли 100
----стержневой арматурной ста-
ли 99
----ненапрягаемой стержневой ар-
матурной стали 99
---- основное для металла заклепок
343
---- стали 341
— трения породы по наружной по-
верхности щита 501
—обделки по оболочке щита 501
Сочетание нагрузок основное 23
----дополнительное 23
—- — особое 23
Сплав алюминиевый 265
Срок окупаемости 442
Сталь арматурная 99
— мартеновская успокоенная 266
— низколегированная 265
— повышенной прочности 265
— с нитридным упрочнением 265
— углеродистая 265
Стержень анкерный 482
Стойка 29
— дополнительная 45
Стоимость строительная 442
Стык заводской 275.
— монтажный 275, 321
— совмещенный 276
— ступенчатый 276
Схватка 29, 30
Т
Твердость горной породы 451
Тележка смотровая 326
Толщина шва сварного 352
520
Тоннель перевальный 441
~ спиральный 441
Торкрет-бетон 405, 4Q8
Транспортир Булахова 507
Трещина в зоне опорных частей 403
— горизонтальная 402
— наклонная 402
— поперечная 402
— продольная 402
Трещиноватость 451
Труба 5
— безнапорная 69
— круглая 72
— напорная 69
— полунапорная 69
— прямоугольная 76
Трубка водоотводная 43, 168
Тюбинг замковый 463
— нормальный 462
Тяж 44
У
Угол дирекционный 445
— нормативный внутреннего трейий
грунта 86, 454
— падения 449
центральный 471
Уголок жесткости 273
— поясной 272
— прикрепления 307
— противоугонный 41
Уклон линии руководящий 440
— эквивалентный сопротивлению на
кривой 440
Укосина 30
Унификация 107, 294
Усадка бетона 97
Усилие от временной нагрузки 22
---постоянной нагрузки 22
— расчетное натяжение высокопроч-
ного фрикционного болта 345
Устойчивость общая 347
Ф
Фанера бакелизированная 26
Фасонка 316
— вставка 326
— накладка 326
— приставка 320
Ферма арочная 9, 335
— Гау-Журавского 44
— горизонтальная 46, 315
— с жестким нижним поясом 298
---полигональным очертанием по-
яса 331
Филата 480
Флюс 376
X
Характеристика упругого отпора 477
Характеристики геометрические 22
---приведенного сечения 54
Хомут 113
— напряженный 1*14, 118
— радиальный 134
ц
Цементация 407, 436
Цемент-пушка 405
Цепь 10
Ш
Шаблон 377
Шаг заклепок 352, 353
— хомутов 189
Шнур детонирующий 484
— свинцовый 466
Шов деформационный 70
— сварной поясной 352
--- «в лодочку» 377
— - монтажный 276
---Y-образный 376
— - — Х-образный 376
Шпонка гибкая 37
— зубчатая 33
— призматическая 36, 56
Шпур —483, 485
Штырь 29, 33
щ
Щит закладной 29
Э
Эксцентриситет относительный 342
Электродетонатор 485
Элементы инвентарные УИКМ 378
— соединительные 380
Эпюра материалов 180
— огибающих поментов 171
Эстакада 5
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автороз.........................,............, . . . 3
Часть 1. МОСТЫ И ТРУБЫ
Глада I. Общие сведения о мостах....................... 5
§ 1. Основные виды мостов.................... 5
§ 2. Краткий исторический очерк развития мосто-
строения ............................... .... 12
§ 3. Общие положения проектирования мостов ... 18
Глава II. Конструкции деревянных мостов..............ч . 26
§ 1. Общие сведения..........................26
§ 2. Основные системы деревянных мостов .... 28
§ 3. Конструкция деревянных мостов малых про-
летов . . ..............................29
§ 4. Пролетные строения с фермами............44
§ 5. Деревянные опоры и ледорезы..........♦ 47
Глава III. Расчет деревянных мостов....................53
§ 1. Основные положения......................53
§ 2. Расчет прогонов, пакетов и клееных балок 54
§ 3. .Расчет опор............................61
Глава IV. Постройка деревянных мостов ......... 65
§ 1. Изготовление конструкций деревянных мостов 65
§ 2. Постройка мостов.............................66
Г лава V. Конструкция и основы расчета труб............68
§ 1. Общие сведения.............................68
§ 2. Конструкция сборных железобетонных и бетон-
ных труб.........................................72
§ 3. Основы статического расчета труб...........85
Глава VI. Постройка водопропускных труб................89
i § 1. Изготовление элементов сборных труб.........89
§ 2. Постройка труб.............................91
Глава VII. Общие сведения о железобетонных мостах . . 94
§ 1. Характеристика и область применения .... 94
§ 2. Основные системы железобетонных мостов . . .95
§ 3. Материалы, применяемые при сооружении же-
лезобетонных мостов..............................96
Глава VIII. Балочные железобетонные мосты.............101
§ 1. Виды балочных мостов и конструктивные формы
пролетных строений..............................101
§ 2. Разрезные пролетные строения с ездой поверху 104
§ 3. Плитные пролетные строения............ . . 109
§ 4. Ребристые проЛеТй,ы$ сТроёйиЙ с йейайряженнои
арматурой.......................................ПО
§ 5. Ребристые пролетные строения с напрягаемой
арматурой............♦.........................114
§ 6. Пролетные строения со сквозными фермами. . . 121
§ 7. Консольные и неразрезные пролетные строения 122
Глава IX. Рамные железобетонные мосты.................131
§ 1. Схемы рамных мостов.......................131
§ 2. Конструкция рамных мостов.................133
Глава X? Арочные и комбинированные железобетонные
мосты........................... • ........ • 139
§ 1. Общие сведения............................139
§ 2. Конструкции арочных и комбинированных систем 142
Глава XI. Детали конструкций железобетонных пролетных
строений ................. . . ............ 152
§ 1. Мостовое полотно и тротуары...............152
§ 2. Гидроизоляция и водоотвод.................156
§ 3. Анкеры напрягаемой арматуры ........ 159
§ 4. Стыки сборных элементов и составных конструк-
ций .....................\ ................162
Глава XII. Проектирование и расчет железобетонных- мо-
стов .............................................. 165
§ 1. Составление вариантов моста и их технико-эко-
номический анализ................................165
§ 2. Определение усилий в балках и плитах.......167
§ 3. Расчет изгибаемых железобетонных элементов с
ненапрягаемой арматурой .........................176
§ 4. Расчет изгибаемых железобетонных элементов
с напрягаемой арматурой ........... 186
Глава XIII. Сооружение железобетонных пролетных строе-
ний ............................................. 200
§ 1. Изготовление элементов сборных железобетон-
ных пролетных строений..........................
§ 2. Монтаж сборных железобетонных пролетных
строений ................ . . . . . .. , . . . . .
§ 3. Сооружение монолитных железобетонных про-
летных строений . .............................
Глава XIV. Опорные части железобетонных и металлических
балочных мостов.....................................
§ 1. Назначение опорных частей и их размещение
§ 2. Виды опорных частей......♦ ...............
§ 3. Конструкций опорных частей................
§ 4. Расчет опорных частей.....................
Глава XV. Опоры железобетонных и металлических мостов
§ 1. Общие сведения •
§ 2. Промежуточные опоры (быки) . . . ........
§ 3. Концевые опоры (устои) . . ..............
§ 4. Определение сил, действующих на опоры. . . .
§ 5. Проверка прочности (устойчивости) и трещийо-
стойкости опор...................
й ШО ssSgg Иг
523
Глава XVI. Постройка опор................................255
§ 1. Монтаж сборных опор ... ....... 255
§ 2. Постройка монолитных опор....................256
§ 3. Постройка опор в районах вечной мерзлоты и с
суровым климатом...............................260
Глава XVII. Общие сведения о металлических мостах . . . 262
§ 1. Классификация и область применения......262
§ 2. Материалы металлических мостов..........265
Глава XVIII. Стальные пролетные строения со сплошными
балками............................................268
§ 1. Конструкция и типы сечений главных балок . . 268
§ 2. Связи между главными балками............274
§ 3. Стыки и соединения главных балок........275
§ 4. Конструкция мостового полотна...........277
§ 5. Пролетные строения со стальными главными
балками, объединенными с железобетонной плитой 280
§ 6. Коробчатые пролетные строения с ортотропной
плитой.........................................283
§ 7. Пролетные строения со сплошными неразрезными и
консольными балками........................... . 287
Глава XIX. Стальные балочные пролетные строения со
сквозными фермами....................................292
§ 1. Главные фермы и их работа в пролетном строении 292
§ 2. Проезжая часть железнодорожных пролетных
строений...........................................307
§ 3. Связи между фермами..........................315
§ 4. Конструкция узлов и стыков в стальных фермах 320
§ 5. Смотровые приспособления.....................326
Глава XX. Стальные мосты больших пролетов................327
§ 1. Пролетные строения со сквозными неразрезны-
ми и консольными фермами.......................327
§ 2. Арочные пролетные строения ......... 333
§ 3. Пролетные строения комбинированных систем . 337
Глава XXI. Расчет стальных пролетных строений .... 340
§ 1. Основы расчета по предельным состояниям .... 340
§ 2. Расчет пролетных строений со сплошными глав-
ными балками...................................346
§ 3. Расчет пролетных строений со сквозными фермами 357
Глава XXII. Изготовление и монтаж стальных пролетных
строений.............................................374
§ 1. Изготовление стальных пролетных строений . . 374
§ 2. Установка и монтаж стальных пролетных строений 378
Глава XXIII. Содержание мостов и труб.................386
§ 1. Организация содержания мостов и труб .... 386
§ 2. Краткая характеристика эксплуатируемых мо-
стов, и труб . .............................387
§ 3. Пропуск ледохода и высоких вод............. . 390
§ 4. Содержание пути на мостах.................391
§ 5«. Содержание труб..........................392
524
Глава XXIV. Дефекты мостов и способы их предупреждения 396
§ 1. Дефекты металлических пролетных строений . . 396
§ 2. Дефекты железобетонных пролётных строений 401
§ 3. Дефекты опор............................. 405
§ 4. Дефекты деревянных мостов............. 408
Глава XXV. Определение грузоподъемности мостов . . . .411
§ 1. Основные положения классификации мостов по их
грузоподъемности и нагрузок по воздействию на
мосты......................................... 411
§ 2. Определение грузоподъемности металлических
балок со сплошной стенкой.......................418
§ 3. Определение грузоподъемности элементов сквоз-
ных металлических ферм..........................423
Глава XXVI. Усиление мостов........................... 425
§ 1. Усиление металлических пролетных строений . . 425
§ 2. Усиление железобетонных пролетных строений и
мостовых опор . .......................% . . . . 433
Часть II. ТОННЕЛИ
Глава XXVII. Общие сведения о* тоннелях................. 437
§ 1. Назначение тоннелей и их классификация . . 437
§ 2. Обзор развития тоннелестроения................439
Глава XXVIII. Проектирование трассы тоннеля . . . 440
§ 1. Особенности плана и профиля................. 440
§ 2. Выбор отметки подошвы тоннеля и мест порталов 441
§ 3. Состав геодезическо-маркшейдерских работ . . 443
§ 4. Геодезические работы на поверхности .... 444
§ 5. Ориентирование подземной выработки............445
§ 6. Маркшейдерские работы........................ 446
Глава XXIX. Инженерно-геологические • исследования по
трассе тоннеля .......................................448
§ 1. Значение, средства и методы инженерно-геологи-
ческих исследований.............................448
§ 2. Условия залегания горных пород................449
§ 3. Физико-механические свойства горных пород . 450
§ 4. Горное давление и его прогноз.................452
§ 5. Подземные воды и газы, температура подземной
выработки........................................455
Глава XXX. Конструкции тоннельных обделок..........457
§ 1. Внутреннее очертание обделок...............457
§ 2. Конструкции обделок из монолитного бетона . . 458
§ 3. Ниши, камеры и порталы................... 459.
§ 4. Сборные конструкции тоннельных обделок . . 462
§ 5. Гидроизоляция обделок, водоотводные устройства
в тоннелях .....................................465
Глава XXXI. Основные положения расчета тоннельных об-
делок ................................................469
§ 1. Нагрузки на подземные конструкции...........469
§ 2. Особенности статической работы тоннельной
обделки.........................................471
525
§ 3. Основные расчетные схемы обделок, сооружае-
мых закрытым способом...........................472
§ 4. Расчет пологого свода.....................474
§ 5. Расчет обделки способом Метрогипротранса . . 476
Глава XXXII. Проходка элементов тоннельной выработки 479
§ 1. Фронт тоннельных работ.....................479
§ 2. Крепление врезки и проходка направляющей
штольни.....................................480
§ 3. Раскрытие калотты..........................481
§ 4. Анкерная крепь.............................482
Г лава XXXIII. Разработка и уборка породы ....... 484
§ 1. Способы разработки породы..................484
§ 2. Погрузка породы ...........................487
§ 3. Тоннельный транспорт.......................489
Глава XXXIV. Сооружение тоннелей горным способом . . 491
,§ 1. Способы постройки тоннелей в слабых породах 491
§ 2. Способы постройки тоннелей в крепких породах 493
§ 3. Возведение бетонной обделки.....................495
§ 4. Вспомогательные работы при горном способе
проходки.........................................496
Глава XXXV. Сооружение тоннелей щитовым способом . . 498
§ 1. Основные? сведения о щитах и щитовой проходке 498
§ 2. Механизированные проходческие щиты .... 499
§ 3. Силы сопротивления движению щита..............501
Глава XXXVI. Эксплуатация тоннелей........................504
§ 1. Условия работы тоннельной обделки.............504
§ 2. Технический надзор............................505
§ 3. Проверка очертания тоннельной обделки . . . 507
§ 4. Содержание пути в тоннеле.....................508
§ 5. Вентиляция тоннелей...........................509
Глава XXXVII. Ремонт и реконструкция тоннелей........511
§ 1. Ремонт тоннелей ..........................511
§ 2. Осушение тоннелей.........................513
§ 3. Реконструкция тоннелей....................514
Предметный указатель............................... 515
Сергей Александрович Попов, Валентин Осипович Осипов,
Алексей Михайлович Померанцев, Борис Валерьянович Боб
риков, Владимир Георгиевич Храпов
МОСТЫ И ТОННЕЛИ
Рецензенты, проф | К. Г Протасов |, инженеры О А Попов, И П Ва-
луев, И С Файнштейн
Корректор И. М Лукина
Сдано в набор 10/XI 1976 г Подписано к печати 4/IV 1977 г
Бумага 60X90716, тип. № 2 Печ. л. 33
Уч.-изд. л 37,37 Тираж 14 000 Т08105. Изд № 1-1-1/3 № 6298
Зак. тип. 1298 Цена 1 р 67 к
Изд-во «ТРАНСПОРТ», Москва, Басманный туп, 6а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
Г ЭДоркра, И 41, Б. Переяславская ул , доад фэ
Государственный комитет Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ТРАНСПОРТ»
Имеются
в наличии
книги:
АНЦИПЕРОВСКИЙ В. С. и др. Содержание и реконструкция железнодорожных
мостов. Учебник для студентов вузов ж.-д. транспорта. 1975. 239 с. 84 коп.
ДАУШВИЛИ А. П. Расчет тоннельных обделок в матричной форме. 1972. 119 с.
70 коп.
Металлические мосты. Изд. 2-е перераб. и доп. Учеб, пособие для вузов ж.-д.
транспорта. 1973. 352 с. 1 р. 33 к.
НИКОЛАЕВ К. Д. и др. Капитальный ремонт и реконструкция железнодорож-
ных тоннелей. 1973. 247 с. 1 р. 01 к.
САВИН К. Д. Искусственные сооружения железных дорог. Изд. 2-е, перераб.
и доп. Учеб, пособие для учащихся технических школ ж.-д. транспорта. 1965.
224 с. 23 коп.
Общий курс и правила технической эксплуатации железных дорог. Под общ.
ред. М. Н. Хацкелевича. Учебник для учащихся техникумов ж.-д. транспорта.
1973. 367 с. 1 руб.
В книге приведены основные сведения о технических средствах железных
дорог, сооружениях и устройства^ пути, локомотивного и вагонного хозяйства,
автоматики, телемеханики и связи, энергоснабжения и электрифицированных
железных дорог, о станционных сооружениях и устройствах, подвижном соста-
ве, их содержании, ремонте и эксплуатации; освещены важнейшие вопросы
организации железнодорожных перевозок и основы организации движения
поездов.
Рассмотрены также основные требования и нормы, установленные в Правилах
технической эксплуатации железных дорог Союза ССР, обеспечивающие чет-
кую и бесперебойную работу железных дорог и безопасность движения.
Продажа производится:
отделениями издательства «Транспорт» при управлениях железных дорог, киос-
керами, книгоношами на предприятиях, центральным магазином «Транспортная
книга» (107078, Москва, Б-78, Садово-Спасская ул., д. 21).
По желанию покупателей литература высылается по почте наложенным пла-
тежом,